[发明专利]一种考虑夹杂的金属疲劳载荷下薄弱区域确定方法

摘要

一种考虑夹杂的金属疲劳载荷下薄弱区域确定方法，对金属试件进行单轴拉伸静载试验和疲劳试验得到其静态力学性能参数和循环应力应变曲线；从循环应力应变数据中提取材料的循环应力—塑性应变数据；截取小块金属试样，在金相显微镜下选取多个显示夹杂的金相观测点进行金相观察并保存金相图片；利用图片处理软件计算出多张图片中夹杂所占面积分数，求出面积分数平均值；对小块金属试样进行纳米压痕试验分别得到金属中的夹杂与金属基体的硬度与弹性模量；采用混合理论公式分别得到金属中的夹杂和基体的循环应力塑性应变数据；建立多尺度模型，以较为明显的局部应力集中区域和塑性应变较大区域为疲劳薄弱区域，并观察这些薄弱区域的微观特征。

主权项

1.一种考虑夹杂的金属疲劳载荷下薄弱区域的确定方法，其步骤为：A)对金属试件进行单轴拉伸静载试验和疲劳试验得到其静态力学性能参数和循环应力应变曲线；B)从循环应力应变曲线中提取材料的循环应力塑性应变数据；C)截取小块金属试样，对其依次进行磨削、抛光与腐蚀剂腐蚀，在金相显微镜下选取多个显示夹杂的金相观测点进行金相观察并保存金相图片；D)利用图片处理软件计算出多张图片中夹杂所占面积分数，求出平均值；E)对小块金属试样进行纳米压痕试验分别得到金属中的夹杂与金属基体的硬度与弹性模量；F)采用混合理论公式分别得到金属中的夹杂和金属基体的循环应力塑性应变数据，混合理论公式为：式中σ(ε_P)作为循环应力是关于等效塑性应变的函数，通过步骤B)得到，σ_α(ε_p)和σ_β(ε_p)分别是金属基体和夹杂的应力塑性应变函数，H_α和H_β分别是金属基体和夹杂的硬度，是夹杂的面积分数平均值；通过这个公式结合实验数据处理得到金属循环应力—等效塑性应变数据，分别得到夹杂与金属基体的循环应力—等效塑性应变数据；G)建立多尺度模型；首先建立宏观模型其形状和尺寸取疲劳试件的标距段部分；利用CAD软件参照金属的金相图片中夹杂的真实大小与分布画出草图，夹杂的形状统一用圆形表示，然后把草图导入ABAQUS软件生成代表性体积单元模型；最后把代表性体积单元插入材料的宏观模型；对代表性体积单元中的夹杂和金属基体分别单独输入循环应力塑性应变曲线；模型的其他宏观部分的材料性能按步骤A)得到的试验数据输入；H)对模型施加和实验相同的疲劳载荷，观察整体应力应变分布情况，重点分析代表性体积单元中夹杂及夹杂附近的应力应变分布情况，以较为明显的局部应力集中区域和塑性应变较大区域为疲劳薄弱区域，并观察这些薄弱区域的微观特征。