[发明专利]不锈钢预应力磨削表面残余应力及马氏体含量计算方法

权利要求书

1.一种不锈钢预应力磨削表面残余应力及马氏体含量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立适用于不锈钢材料的磨削力、磨削热的数学模型，采用不同磨削参数计算磨削力、磨削热结果，将不同磨削参数对应的磨削力、磨削热的结果进行函数拟合；

S2：建立预应力磨削后的表面马氏体体积分数的预测函数；

S3：将预应力磨削过程简化为平面应力问题，在有限元软件中根据工件尺寸建立模型，输入工件和砂轮的材料参数，并划分网格；

S4：设立S3中模型力和热的边界条件，根据要计算的预应力磨削过程的磨削参数，通过步骤S1中拟合的函数计算磨削力和磨削热，输入S3中建立的模型，并在模型中输入预应力；

S5：根据S4中的输入，采用热力耦合分析步和步骤S2中的马氏体体积分数预测函数，以时间为步长，进行材料内部总应变和马氏体体积分数的有限元迭代计算：

第n+1个时间步运算中，根据热力耦合分析步计算当前时间步的弹性应变和塑性应变，并调用当前的第n+1个时间步的热力耦合分析步输出结果，和第n个时间步运算中获得的马氏体体积分数计算结果，计算出当前的第n+1个时间步的马氏体体积分数和马氏体增速，根据当前时间步的马氏体体积分数、马氏体增速，和热力耦合分析步输出的当前时间步的温度增量，计算当前第n+1个时间步热膨胀应变和马氏体相变膨胀应变之和；

当前时间步的弹性应变、塑性应变、热膨胀应变和马氏体相变膨胀应变相加，获得当前时间步长不锈钢材料内部总应变，代入下一时间步长的计算；

如此进行有限元迭代计算至收敛，最后一个时间步长获得的材料内部总应变和马氏体体积分数为最终计算结果，根据材料内部总应变获得预应力磨削表面残余应力；

所述马氏体体积分数的初始值设定为0。

2.根据权利要求1所述的不锈钢预应力磨削表面残余应力及马氏体含量计算方法，其特征在于，所述步骤S2中的预测函数按照如下方式建立：

设当前已完成了网格节点第n个时间步的计算，要计算第n+1个时间步的马氏体体积分数；f_α′⁽ⁿ⁾为第n个时间步的马氏体体积分数，从第n个时间步的USDFLD子程序输出结果中调用；

设df_α′⁽ⁿ⁺¹⁾为第n+1个时间步中马氏体体积分数增量；dt为时间步的步长，则df_α′⁽ⁿ⁺¹⁾与f_α′⁽ⁿ⁾的关系按照下式计算：

要计算的当前第n+1个时间步中马氏体体积分数按照下式：

式中为第n+1个时间步的马氏体增速；为当前的第n+1个时间步的等效塑性应变增量结果，由当前的第n+1个时间步的热力耦合分析步计算获得并调用；是热驱动力g对时间t的导数，热驱动力其中g₀、g₁、g₂为与材料相关的常数，归一化温度Θ为：

其中M_d和分别为形变马氏体的起始、终止转化温度，T为当前计算的第n+1个时间步的温度，Σ是为当前计算的第n+1个时间步静水压力p与Mises等效应力σ_eq的比值，即当前计算的第n+1个时间步的T，p和σ_eq数值由热力耦合分析步输出并调用结果；

关于A_f：

其中α(Θ)是与归一化温度Θ有关的参数，α₀、α₁、r、β₀为材料常数，P为马氏体转化概率，按计算，其中s_g、为材料常数，f_sb是当前计算的第n+1个时间步的滑移带体积分数，由热力耦合分析步计算并调用结果；

关于B_f：

是与取值相关的标准阶跃函数。