[发明专利]航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法和系统

说明书

本发明提供了一种航天薄壁金属焊接接头断裂性能的获取方法和系统，包括：制备典型位置小尺寸薄片试样；通过微拉伸试验测得试验载荷‑位移曲线，并计算得到对应材料的真应力‑真应变曲线；基于损伤力学模型的有限元法进行微拉伸模拟，并输出模拟载荷‑位移曲线，采用智能算法自动调整材料损伤参数直至满足目标函数；根据真应力‑真应变曲线和最优材料损伤参数，按照目前断裂韧度测试相关标准中规定的标准SENB/CT试样进行弯曲/拉伸试验模拟，计算得到焊接接头各典型位置所对应的裂纹扩展阻力曲线簇和断裂韧度分布。本方明的方法及系统可有效解决航天薄壁金属焊接接头无法按现有标准规范进行断裂性能测定的问题，同时获取过程简单、方便、可靠、成本低。

技术领域

本发明涉及航天器金属组件结构完整性领域，具体地，涉及航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法和系统。

背景技术

航天器金属组件的结构完整性直接关系到航天器的成功发射与在轨安全运行。随着航天器的低成本、高运载能力、长服役周期发展，对金属组件提出了更高性能、更轻重量要求。为满足这一要求，薄壁金属焊接结构被广泛使用。焊接接头区域由于材料微观组织和力学性能不均匀，且对裂纹缺陷较为敏感，使其成为反生断裂失效的薄弱环节。因此，对这一区域进行完整性评定和损伤容限设计具有重要意义。

为了实现准确评定和合理设计，需要获取这一区域的断裂性能(裂纹扩展阻力曲线和断裂韧度)。按照目前的规范标准，进行断裂性能参数测定所采用的试样均为具有一定厚度的SENB/CT试样。而航天薄壁金属组件通常采用薄板材机加加工获得，不满足标准SENB/CT试样的厚度要求。薄壁焊接结构各区域的材料组织与厚壁焊接结构各区域的材料组织并不是完全一致。因此，采用厚度满足要求的板材所制备的试样测得的断裂性能不能真实反映实际薄壁焊接结构的断裂性能。因此，需要提供一种适用于航天薄壁金属焊接接头断裂性能的获取方法。

专利文献CN104062188B(申请号：201410293802.6)公开了一种测量焊接接头热影响区各微区断裂韧度JIC的方法。该发明通过在三点弯曲试样上焊接热影响区粗晶区或细晶区开V型槽，有效控制裂纹扩展的方向，保证裂纹在热影响区粗晶或细晶区内扩展，从而测定出焊接接头热影响区各微区的断裂韧度。该方法仍基于标准的大尺寸SENB试样，无法应用于薄壁焊接接头。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法及系统。

根据本发明提供的一种航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法，包括：

步骤S1：针对待获取的航天薄壁金属焊接接头典型位置x₁、x₂、...、x_n，制备小尺寸薄片试样S_f1、S_f2、...、S_fn；

步骤S2：对制备的小尺寸薄片试样S_f1、S_f2、...、S_fn依次进行微拉伸试验 TE₁、TE₂、...、TE_n，测得试验载荷-位移曲线根据试验载荷-位移曲线和薄片试样计算得到各位置局部材料的真应力-真应变曲线C_σε1、C_σε2、...、C_σεn；

步骤S3：根据得到的真应力-真应变曲线C_σε1、C_σε2、...、C_σεn，采用基于损伤力学模型的有限元法对微拉伸试验TE₁、TE₂、...、TE_n进行模拟，并输出模拟载荷-位移曲线