【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于材料損傷評估及壽命預測，尤其涉及基于內應力塑性應變能的多軸蠕變-疲勞損傷評價方法。
技術介紹
1、在核電、航空航天以及石油化工等領域當中，眾多關鍵結構部件長期在高溫條件下運行，由于頻繁的開停車、工況波動等，其高溫部件往往承受蠕變-疲勞交互的損傷作用。此外，由于構件幾何形狀復雜，其在承受軸向載荷的同時還承受切向載荷的作用，即多軸蠕變-疲勞載荷。目前，實驗室采用的傳統單軸應變控制蠕變-疲勞試驗或缺口多軸蠕變-疲勞試驗很難反映高溫復雜部件的真實運行工況。因此，在多軸蠕變-疲勞載荷交互作用的條件下，實現材料的多軸蠕變-疲勞損傷評價及壽命預測是亟待突破的關鍵問題。
2、近幾十年來，在諸多國內外研究者的共同努力下，多軸低周疲勞損傷評價與壽命預測方法研究取得了很大的進展。而對于多軸蠕變-疲勞加載條件來說，尤其是在多軸非比例加載下，應力-應變關系十分復雜，使得蠕變-疲勞壽命難以預測。又因為影響材料多軸蠕變-疲勞壽命及損傷程度的因素眾多，使得許多損傷評價及壽命預測方法受到了材料和試驗條件的限制。過去已經發展了大量蠕變-疲勞壽命預測模型，如線性損傷累積法、應變范圍劃分法、頻率修正法、延性耗竭法等。然而，這些方法通常適用于單軸蠕變-疲勞損傷評價與壽命預測。當它們用于多軸蠕變-疲勞載荷時，特別是在非比例多軸載荷下，會產生較大誤差。因此迫切需要研究一種新的多軸蠕變-疲勞損傷評價及壽命預測方法，以滿足不同蠕變-疲勞載荷下損傷評價與壽命預測需求。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，
2、為實現上述目的，本專利技術提供了基于內應力塑性應變能的多軸蠕變-疲勞損傷評價方法，包括：
3、獲取多軸蠕變-疲勞損傷評價和壽命預測的相關參數，其中相關參數包括材料常數、瞬時非彈性應變能密度耗散率、失效非彈性應變能密度及失效應變能密度上平臺；
4、基于相關參數，獲得目標材料試驗每周次的疲勞損傷和蠕變損傷；
5、根據不同周次下的疲勞損傷和蠕變損傷，計算得到累積疲勞損傷和累積蠕變損傷；
6、根據累積疲勞損傷和累積蠕變損傷及雙線性損傷累積準則，繪制得到蠕變-疲勞損傷交互圖，獲取目標材料的損傷狀態，根據蠕變-疲勞損傷交互圖對所述損傷狀態進行判斷，得到目標材料失效評價結果；
7、采用雙線性累積損傷法則進行計算累積疲勞損傷和累積蠕變損傷之和為1的周次，得到目標材料預測壽命。
8、可選的，通過在同溫度下對目標材料進行若干組不同的應變控制純疲勞試驗和純蠕變試驗，計算得到獲取多軸蠕變-疲勞損傷評價和壽命預測的相關參數，其中所述純疲勞試驗的調整參數包括應變幅值、應變比，所述純蠕變試驗的調整參數包括應力水平。
9、可選的，所述材料常數的獲取過程包括：
10、對疲勞壽命與半壽命周次下等效摩擦應力、背應力塑性應變能密度的函數關系進行擬合得到，材料常數，函數關系為：
11、
12、其中，為半壽命周次下的等效摩擦應力塑性應變能密度，為半壽命周次下的等效背應力塑性應變能密度，nf為疲勞壽命，a、b為不同的材料常數；
13、其中，半壽命周次下的等效摩擦應力塑性應變能密度和半壽命周次下的等效背應力塑性應變能密度為：
14、
15、其中，為軸向摩擦應力塑性應變能密度，為扭向摩擦應力塑性應變能密度，為軸向背應力塑性應變能密度，為扭向背應力塑性應變能密度。
16、可選的，失效應變能密度上平臺的獲取過程包括：
17、獲取瞬時非彈性應變能密度耗散率及失效非彈性應變能密度：
18、
19、wf＝σ·ln(1+εf)
20、其中，σ為應力水平，tr為蠕變斷裂時間，εf為蠕變延性；
21、通過對瞬時非彈性應變能密度耗散率及失效非彈性應變能密度進行非線性擬合，構建所述瞬時非彈性應變能密度耗散率及失效非彈性應變能密度之間的關系圖，所述關系圖的函數表達為：
22、
23、其中，為第一線性回歸系數，n1為第一線性回歸冪指數；
24、根據關系圖得到失效應變能密度上平臺。
25、可選的，在同溫度下，對目標材料進行若干組不同的應變控制多軸蠕變-疲勞試驗，其中，多軸蠕變-疲勞試驗的調整參數包括等效應變幅值、應變比、保載時間、保載方向。
26、可選的，疲勞損傷的獲取過程包括：
27、
28、其中，為等效摩擦應力塑性應變能密度，為等效背應力塑性應變能密度，a、b為材料常數。
29、可選的，所述蠕變損傷的獲取過程包括：
30、
31、其中，為等效粘性應力塑性應變能密度速率，為由等效粘性應力塑性應變能密度速率以及溫度共同決定的失效應變能密度的方程，wf,crit(t)為失效應變能密度上平臺，th為保載時間。
32、可選的，累積疲勞損傷和累積蠕變損傷的獲取過程包括：
33、對不同周次下的疲勞損傷和蠕變損傷進行分別的累加求和，得到累積疲勞損傷和累積蠕變損傷。
34、可選的，雙線性損傷累積準則為：
35、
36、其中，和為雙線性準則中的交互轉折點中的累積疲勞損傷數值和累積蠕動損傷數值，df表示目標材料的累積疲勞損傷，dc表示目標材料的累積蠕變損傷。
37、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點和技術效果：
38、本專利技術的一種基于內應力塑性應變能的多軸蠕變-疲勞損傷評價方法，基于建立的疲勞、蠕變損傷方程，采用國內外標準中廣泛采用的基于蠕變和疲勞損傷競爭與耦合作用的雙線性損傷累積準則，建立適用于不同多軸應力狀態、不同疲勞和蠕變載荷的高溫軸扭多軸蠕變-疲勞損傷評定方法，根據研究已經獲得的基于等效內應力塑性應變能密度的宏觀失效判據，具有清晰的物理意義和很強的靈活性，可以實時評價目標材料在單軸和多軸蠕變-疲勞載荷下的損傷狀態，并準確預測材料的壽命，能夠用于指導復雜部件多軸載荷下的壽命設計與損傷評價。
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1.基于內應力塑性應變能的多軸蠕變-疲勞損傷評價方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.基于內應力塑性應變能的多軸蠕變-疲勞損傷評價方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
5.根...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張威，張軒銘，梁飛，馬天昊，周昌玉，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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