【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及材料疲勞壽命有限元數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域，特別是涉及一種考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法、裝置、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。
技術(shù)介紹
1、隨著航空軍工、海洋船舶以及交通運(yùn)輸?shù)戎卮蠊こ痰膶?shí)施，航空發(fā)動(dòng)機(jī)及運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等高端裝備不斷為挑戰(zhàn)“性能極限”尋求新的解決方案，因此，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的綜合性能、輕量化及綠色化提出了更高的要求。
2、盡管復(fù)合材料，陶瓷等新材料在工業(yè)領(lǐng)域的占比逐漸增加，但金屬材料憑借其優(yōu)異的綜合力學(xué)、物理和化學(xué)性能仍然是應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料，始終作為人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展過(guò)程中重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，開(kāi)發(fā)具有高性能、輕量化、可持續(xù)性和高可靠性的金屬結(jié)構(gòu)材料具有重大的意義。
3、金屬結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)韌化一直是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但是在許多實(shí)際工程應(yīng)用中，疲勞性能才是工程裝備及構(gòu)件長(zhǎng)期服役可靠性的直接保障，除了深入了解金屬材料疲勞過(guò)程中的變形及強(qiáng)化機(jī)制之外，對(duì)其疲勞壽命的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)微結(jié)構(gòu)疲勞性能優(yōu)化設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用也具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是提供一種考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法、裝置、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，可提高金屬材料的疲勞全壽命確定的準(zhǔn)確性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>
3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，包括：
4、獲取金屬材料的材料參數(shù)；所述材料參數(shù)包括：晶粒尺寸；
5、確定晶體塑性本構(gòu)模型；所
6、基于所述晶體塑性本構(gòu)模型，確定參數(shù)組；所述參數(shù)組是采用模擬擬合的方法根據(jù)位錯(cuò)密度演化及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定的；所述參數(shù)組包括：參考滑移速率和塑性流動(dòng)參數(shù)；
7、構(gòu)建待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型；所述待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型是對(duì)所述金屬材料進(jìn)行有限元分析得到的有限元模型；
8、基于所述待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)所述晶體塑性本構(gòu)模型和所述參數(shù)組，施加設(shè)定加載條件和設(shè)定邊界條件，確定材料疲勞數(shù)據(jù)；所述材料疲勞數(shù)據(jù)包括：疲勞行為和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；
9、根據(jù)疲勞指示因子和所述材料疲勞數(shù)據(jù)，確定疲勞裂紋萌生壽命；
10、根據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展曲線，采用擬合的方式確定疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；所述疲勞裂紋擴(kuò)展曲線是基于所述材料疲勞數(shù)據(jù)確定的；
11、根據(jù)所述疲勞裂紋萌生壽命和所述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，確定疲勞全壽命。
12、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)裝置，所述考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)裝置包括：
13、材料參數(shù)獲取模塊，用于獲取金屬材料的材料參數(shù)；所述材料參數(shù)包括：晶粒尺寸；
14、晶體塑性本構(gòu)模型確定模塊，用于確定晶體塑性本構(gòu)模型；所述晶體塑性本構(gòu)模型是基于初始總位錯(cuò)模型，根據(jù)所述材料參數(shù)進(jìn)行位錯(cuò)密度演化得到的；所述晶體塑性本構(gòu)模型包括：統(tǒng)計(jì)位錯(cuò)密度演化模型和幾何必須位錯(cuò)密度演化模型；所述統(tǒng)計(jì)位錯(cuò)密度演化模型是關(guān)于調(diào)節(jié)刃型統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)位錯(cuò)湮滅的尺寸相關(guān)系數(shù)和調(diào)節(jié)螺型統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)位錯(cuò)湮滅的尺寸相關(guān)系數(shù)的數(shù)學(xué)模型；所述幾何必須位錯(cuò)密度演化模型是關(guān)于控制幾何必須位錯(cuò)積累過(guò)程的尺寸相關(guān)系數(shù)和控制幾何必須位錯(cuò)湮滅過(guò)程的尺寸相關(guān)系數(shù)的數(shù)學(xué)模型；
15、參數(shù)組確定模塊，用于基于所述晶體塑性本構(gòu)模型，確定參數(shù)組；所述參數(shù)組是采用模擬擬合的方法根據(jù)位錯(cuò)密度演化及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定的；所述參數(shù)組包括：參考滑移速率和塑性流動(dòng)參數(shù)；
16、待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型；所述待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型是對(duì)所述金屬材料進(jìn)行有限元分析得到的有限元模型；
17、材料疲勞數(shù)據(jù)確定模塊，用于基于所述待測(cè)微觀結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)所述晶體塑性本構(gòu)模型和所述參數(shù)組，施加設(shè)定加載條件和設(shè)定邊界條件，確定材料疲勞數(shù)據(jù)；所述材料疲勞數(shù)據(jù)包括：疲勞行為和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；
18、疲勞裂紋萌生壽命確定模塊，用于根據(jù)疲勞指示因子和所述材料疲勞數(shù)據(jù)，確定疲勞裂紋萌生壽命；
19、疲勞裂紋擴(kuò)展壽命確定模塊，用于根據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展曲線，采用擬合的方式確定疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；所述疲勞裂紋擴(kuò)展曲線是基于所述材料疲勞數(shù)據(jù)確定的；
20、疲勞全壽命確定模塊，用于根據(jù)所述疲勞裂紋萌生壽命和所述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，確定疲勞全壽命。
21、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
22、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
23、第五方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
24、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請(qǐng)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：
25、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法、裝置、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，將晶粒尺寸效應(yīng)引入到了初始位錯(cuò)密度及位錯(cuò)密度演化中，采用周期性邊界條件，通過(guò)選取具有宏觀試樣代表性的微觀結(jié)構(gòu)模型，考慮了非均勻材料誘導(dǎo)的力學(xué)機(jī)制，考慮金屬材料的裂紋擴(kuò)展壽命，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)均勻結(jié)構(gòu)及非均勻結(jié)構(gòu)金屬材料的疲勞全壽命，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模型未考慮金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展壽命，導(dǎo)致疲勞壽命預(yù)測(cè)精度不足的缺點(diǎn)。由此，能夠提高金屬材料的疲勞全壽命確定的準(zhǔn)確性。
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1.一種考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述初始總位錯(cuò)模型具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)位錯(cuò)密度演化模型包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述幾何必須位錯(cuò)密度演化模型包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，采用儲(chǔ)存能密度作為疲勞指示因子；所述疲勞裂紋萌生壽命的確定方法，具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的計(jì)算公式為：
7.一種考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)裝置包括：>
8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述初始總位錯(cuò)模型具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述統(tǒng)計(jì)位錯(cuò)密度演化模型包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述幾何必須位錯(cuò)密度演化模型包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，采用儲(chǔ)存能密度作為疲勞指示因子；所述疲勞裂紋萌生壽命的確定方法，具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮非均勻晶粒尺寸分布的金屬材料疲勞全壽命預(yù)測(cè)方...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈云飛，張勇，賀琛赟，張顯程，涂善東，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：華東理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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