[发明专利]弹性瞬态蠕变条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法

摘要

本发明公开了一种弹性瞬态蠕变条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法，在Davies工作的基础上，提出了考虑拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用韧性耗散损伤模型，引入了与载荷无关拘束参量Q*计算考虑拘束效应的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)施加主载荷进行蠕变模拟实验，本发明的有益效果：能够在结构中简洁有效的预测出弹性瞬态蠕变条件下蠕变孕育期。

主权项

1.弹性瞬态蠕变条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；S2：首先在缺口后部插入预制裂纹，槽、缺口、预制裂纹在同一平面上，利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；S3：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含拘束效应CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：(1)首先计算瞬态蠕变条件下的拘束参量Q^*_RR，其计算公式为：(Ⅰ)中：C*是利用有限元计算得出的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^‑1，是利用有限元计算得出的裂纹前沿处的张开应力值，单位是Mpa,L是标量距离，取1mm；(Ⅰ)中：σ₂₂是利用HRR应力场计算得出的裂纹前沿的张开应力值，单位是MPa，(Ⅰ)和(Ⅱ)中：σ₀是材料的屈服强度，单位是MPa,是蠕变应变变化率，单位为h^‑1，与材料高温蠕变属性有关，I_n是与n有关的无量纲函数，(Ⅱ)中：r是裂纹后部尖端到裂纹前沿研究点的间距，单位是mm，θ是裂纹尖端角度，n为无量纲的蠕变应力硬化指数，是与θ和n有关的无量纲函数；(Ⅱ)中：C(t)积分是随时间变化的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^‑1，计算公式：其中：t是时间，单位是h，C*是利用有限元计算得出的高温断裂参量，单位为MPa·mm·(h)^‑1，E′是有效弹性模量：E'＝E/(1‑ν²)，E是弹性模量，ν是泊松比，K是应力强度因子，单位为MPa·(m)^0.5，计算公式：(Ⅲ)中：(Ⅲ)中：P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，单位为mm；a/W是预制裂纹长度比率,a是预制裂纹长度，采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离，单位为mm；W是名义试样宽度，采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离，单位为mm；f(a/W)是CT试样几何系数，只与a/W有关；(2)计算瞬态蠕变等效应力其计算公式为：(Ⅳ)中：是与θ和n有关的无量纲函数，(3)利用MATALAB软件计算转换时间t_K‑RR：在此时刻满足：弹性阶段损伤累计值：(Ⅴ)中：弹性等效应力其计算公式为：其中：是与裂纹尖端角度θ和泊松比ν有关的无量纲函数；(Ⅴ)中：MSF_K为弹性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：其中：n为无量纲的蠕变应力硬化指数，sinh是双曲正弦函数，h_k为弹性应力三轴度，在弹性应力状态下：其中：θ是裂纹尖端角度，ν是泊松比；(4)然后利用MATALAB软件计算瞬态蠕变应力场下孕育期时间t_i，其计算公式为：(Ⅵ)中：d是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，单位为mm，即蠕变萌生发生的临界距离；(Ⅵ)中：MSF_RR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：sinh是双曲正弦函数，h_RR为瞬态蠕变应力三轴度，在塑性应力状态下：其中：平均应力单位是MPa，其计算公式为：其中：σ₁₁和σ₃₃是利用RRss应力场计算得出的裂纹前沿的应力值，单位是MPa，其中：是与θ和n有关的无量纲函数。