[发明专利]一种用于表征材料损伤的建模方法

说明书

本发明属于材料疲劳损伤的技术领域，公开了一种用于表征材料损伤的建模方法，其特征在于：根据待测试件内部缺陷的球形度，以球体和/或椭球体模拟待测试件的各个内部缺陷，再结合各个内部缺陷的位置信息，建立内部缺陷模型，然后与待测试件的表面缺陷模型相结合，形成能够表征待测试件的综合损伤模型。本发明的建模方法结合试件表面损伤和内部缺陷的特征信息，共同创建综合损伤模型，该模型的建立为研究金属试件的完整损伤演化机制提供了桥梁，为实现铝合金等材料疲劳寿命的有效预测提供了准确的数据基础，提高了后续预测的精度。

技术领域

本发明涉及材料疲劳损伤的技术领域，尤其涉及一种用于表征材料损伤的建模方法。

背景技术

随着铝合金大量应用的同时，使用过程中疲劳载荷也越来越高，汽车安全法规也越来越严格，因此，对铝合金在循环载荷下的疲劳力学行为研究就变得越来越迫切和重要。为了研究材料疲劳寿命的影响，目前多采用创建损伤模型来模拟损伤过程，实现对疲劳寿命的分析，但所建的损伤模型只是单一的从内部损伤或者表面缺陷入手，而实际情况下试件的表面损伤和内部缺陷都会对试件的疲劳寿命产生影响，这将会严重影响对材料疲劳寿命的估计。

发明内容

本发明提供了一种用于表征材料损伤的建模方法，结合内部缺陷和表面缺陷建立的综合损伤模型来全面表征材料的损伤状况，解决了目前创建损伤模型只是单一的从内部损伤或者表面缺陷入手，不符合试件损伤的实际情况等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于表征材料损伤的建模方法，根据待测试件内部缺陷的球形度，以球体和/或椭球体模拟待测试件的各个内部缺陷，再结合各个内部缺陷的位置信息，建立内部缺陷模型，然后与待测试件的表面缺陷模型相结合，形成能够表征待测试件的综合损伤模型。

进一步，利用CT扫描建立待测试件的三维模型，对所述三维模型进行图像处理，获得各个内部缺陷的特征信息，进而计算各个内部缺陷的球形度，所述球形度大于等于0.85，以球体模拟内部缺陷，否则以椭球体模拟内部缺陷，从而完成内部缺陷模型的建立。

进一步，所述特征信息包括内部缺陷的体积、表面积和位置坐标，利用如下方程式，计算内部缺陷的球形度ψ，

其中，v_p表示内部缺陷的体积，s_p表示内部缺陷的表面积。

进一步，建立内部缺陷模型的方法包括以下步骤：

a)将打磨后的待测试件进行CT扫描，获得断层切片灰度图数据，使用VG STUDIOMAX软件对断层切片灰度图数据进行三维模型重建，获得多张Tif切片图；

b)使用Avizo三维重构软件对Tif切片图数据进行内部缺陷特征信息的提取，所述特征信息包括内部缺陷的体积、表面积和位置信息；

c)根据内部缺陷的体积、表面积信息，计算各个内部缺陷对应的球形度，若所述球形度大于等于0.85，以球体模拟对应的内部缺陷，否则以椭球体模拟内部缺陷，再结合各个内部缺陷的位置坐标，使用ABAQUS软件建立内部缺陷模型。

进一步，将表面缺陷模型和内部缺陷模型信息以Python脚本的形式录入ABAQUS软件，根据内部缺陷模型中各个内部缺陷的位置信息，将各个内部缺陷的等效模型融合到表面缺陷模型内部的对应位置，完成综合损伤模型的建立。

进一步，将表面缺陷模型保存为step格式导入ABAQUS软件中创建出对应的实体模型，然后将各个内部缺陷的特征信息导入到ABAQUS软件中首先创建出模拟各个内部缺陷的等效模型即椭球体或者球体，再利用ABAQUS软件中对应子程序将位置信息分配给相应的等效模型，然后将分配好位置信息的等效模型移动到实体模型内部的相应位置并进行切除处理，完成综合损伤模型的建立。

进一步，所述表面缺陷模型的建立方法包括以下步骤：