【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及應力腐蝕，特別涉及一種鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法。
技術(shù)介紹
1、應力腐蝕是指在拉應力作用下，金屬在腐蝕介質(zhì)中引起的破壞。這種類型的腐蝕通常是在材料內(nèi)部發(fā)展，其外觀沒有明顯的變化，且發(fā)生得較為突然，當應力腐蝕裂紋一旦產(chǎn)生，將造成局部應力集中和脆性開裂，最終導致材料在遠低于屈服應力下斷裂，是一種具有很大的危害性的局部腐蝕失效形式。
2、現(xiàn)階段利用模型模擬鈦合金應力腐蝕是研究應力腐蝕的難點。目前研究應力腐蝕的方法通常是通過實驗模擬鈦合金應力腐蝕，觀察鈦合金應力腐蝕的發(fā)展來獲取相應參數(shù)，以便提前預防應力腐蝕開裂。但這種方式往往實驗周期較長，浪費人力物力。
3、公開號：cn117688833a一種鋼管桿的應力腐蝕速率預測方法及裝置包括基于獲取的鋼管桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)，建立鋼管桿三維模型并進行力學網(wǎng)格處理，獲得三維固體力學模型；通過第一求解器，對三維固體力學模型進行迭代求解，獲得整體位移分布云圖，并基于整體位移分布云圖，獲取最大變形位置和鋼管壁厚度分布數(shù)據(jù)；基于結(jié)構(gòu)參數(shù)、最大變形位置和鋼管壁厚度分布數(shù)據(jù)，建立二維軸對稱幾何模型并進行物理場電流網(wǎng)格處理，獲得二維物理模型；通過第二求解器，對二維物理模型進行迭代求解，獲得陽極電流密度分布數(shù)據(jù)，并基于陽極電流密度分布數(shù)據(jù)和預設的腐蝕速率公式，得到腐蝕速率分布結(jié)果。但是該申請存在為了便于計算，建立了三維和二維模型，并進行了相應的網(wǎng)格劃分，在實際工程中，鋼管桿可能具有復雜的幾何形狀和非均勻材料屬性，這些因素會導致簡化模型與實際情況之間存在差異，該預測
4、因此，亟需提供一種多尺度鈦合金的應力腐蝕建模計算方法，以解決鈦合金應力腐蝕實驗周期長，時間成本和經(jīng)濟成本較大的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)旨在提出一種鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，解決鈦合金應力腐蝕實驗周期長，時間成本和經(jīng)濟成本較大的問題。
2、本專利技術(shù)搭建的多尺度鈦合金的應力腐蝕模型，從原子尺度的第一性原理計算出發(fā)，基于計算相圖模型以及實驗，結(jié)合微觀尺度與介觀尺度的基本理論模型，將前端計算結(jié)果作為多物理場有限元分析的輸入，最終獲得不同應變下的應力腐蝕模型。
3、該模型利用理論計算的物性參數(shù)和平衡電位參數(shù)建立模型，又將試驗獲得的力學參數(shù)和電化學參數(shù)作為參考，有效的彌補了純粹理論計算的不足，使之更符合實際試驗過程，同時又能大幅減少實際試驗的時間和數(shù)量，減小試驗誤差的影響，獲得更為精確的應力腐蝕預測結(jié)果，大大降低試驗成本。
4、本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
5、本專利技術(shù)公開了一種鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，包括以下具體步驟：
6、s1：進行納觀尺度建模，并根據(jù)第一性原理計算得到鈦合金的物性參數(shù)；
7、s2：進行介觀尺度的多物相體系建模，并計算得到鈦合金平衡電位參數(shù)；
8、s3：通過拉伸實驗與電化學實驗，得到鈦合金的應力應變曲線以及電化學參數(shù)；
9、s4：建立鈦合金應力腐蝕二維模型，根據(jù)s1、s2和s3得到的各項參數(shù)以及二維模型創(chuàng)建物理場，再創(chuàng)建物理控制方程，然后對模型施加邊界條件后求解控制方程，最終得到腐蝕電位、應力、電流密度分布云圖。
10、進一步的，在步驟s1中，納觀尺度建模包括以下步驟：
11、s11：進行有序結(jié)構(gòu)搜索和無序條件建模；
12、s12：在步驟s11建立的模型中進行服役條件下的結(jié)構(gòu)預測，得到材料物相結(jié)構(gòu)；
13、s13：對材料物相結(jié)構(gòu)進行基態(tài)物性計算，得到鈦合金的物性參數(shù)。
14、進一步的，在步驟s2中，介觀尺度的多物相體系建模包括如下步驟：
15、s21：擬合單相成分與性能的關(guān)系，得到鈦合金的各相穩(wěn)定性的熱力學模型；
16、s22：在熱力學模型中構(gòu)建相邊界、相組成、相分數(shù)，得到多物相體系物性模型；
17、s23：對多物相體系物性模型進行介觀尺度下的計算，得到陰極、陽極反應的標準平衡電位參數(shù)。
18、進一步的，在步驟s3中，根據(jù)應力應變曲線可求得鈦合金的力學參數(shù)，根據(jù)電化學實驗可以測得鈦合金的的電化學參數(shù)，以測得的電化學參數(shù)作為鈦合金在實際發(fā)生應力腐蝕反應時的參考電化學參數(shù)。
19、進一步的，在步驟s4中，包括以下具體步驟：
20、s41：建立鈦合金應力腐蝕二維模型；根據(jù)預設模型的幾何尺寸設置模型的長和寬，形成平面模型，并在平面模型中創(chuàng)建腐蝕缺陷；
21、s42：根據(jù)s1、s2和s3得到的各項參數(shù)以及二維模型創(chuàng)建物理場；
22、s43：在物理場上進行網(wǎng)格劃分，在二維模型的腐蝕位置進行網(wǎng)格加密；
23、s44：創(chuàng)建物理控制方程，并在網(wǎng)格上對模型施加邊界條件，設置電解質(zhì)溶液參數(shù)；
24、s45：求解控制方程，得到腐蝕電位、應力、電流密度分布云圖。
25、進一步的，在步驟s41中，所述腐蝕缺陷設置為u型，腐蝕缺陷的兩條直線段的長度及弧線段的直徑均為1個單位長度。
26、進一步的，在步驟s42中，所述物理場包括固體力學物理場和二次電流穩(wěn)態(tài)物理場，建立固體力學物理場的步驟包括：將步驟s1和s3中得到的材料物性參數(shù)和力學參數(shù)輸入二維模型中，構(gòu)建形成固體力學二維場；建立二次電流穩(wěn)態(tài)物理場的步驟包括：將步驟s2和s3中得到的材料電化學參數(shù)輸入二維模型中，構(gòu)建形成二次電流穩(wěn)態(tài)二維物理場。
27、進一步的，在步驟s44中，所述控制方程包括：
28、用戶定義的各向同性硬化模型：
29、
30、其中，σyhard是彈塑性變形階段材料所承受的應力，σp是塑性應力，σe是有效應力，e是楊氏模量，σys是鈦合金的屈服強度，σexp表示實驗應力-應變曲線，實驗應力-應變曲線根據(jù)分段三次插值函數(shù)指定；
31、陽極塔菲爾表達式：
32、
33、ηa＝φs-φl-eeq0,a
34、
35、其中，ia是陽極電流密度，i0,a是陽極反應的交換電流密度，aa是陽極塔菲爾斜率，ηa是陽極反應的過電位，eeq0,a是陽極反應的標準平衡電位，φs是外部電位，φl是電解質(zhì)電位，i0,a，ref是陽極反應的參考交換電流密度，vm是金屬的摩爾體積，f是法拉第常數(shù)；
36、陽極反應的腐蝕電位eeq,a表達式：
37、
38、其中，eeq0,a是陽極反應的標準平衡電位，δpm是引起彈性變形的超壓，δpm等于1/3材料的屈服強度，vm是金屬的摩爾體積，z是金屬的電荷數(shù)，f是法拉第常數(shù)，t是絕對溫度，r是理想氣體常數(shù)，ν是方向相本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，包括以下具體步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S1中，納觀尺度建模包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S2中，介觀尺度的多物相體系建模包括如下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S3中，根據(jù)應力應變曲線可求得鈦合金的力學參數(shù)，根據(jù)電化學實驗可以測得鈦合金的的電化學參數(shù)，以測得的電化學參數(shù)作為鈦合金在實際發(fā)生應力腐蝕反應時的參考電化學參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S4中，包括以下具體步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S41中，腐蝕缺陷設置為U型，腐蝕缺陷的兩條直線段的長度及弧線段的直徑均為1個單位長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S42中，所
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S44中，所述控制方程包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S44中，所述邊界條件包括對二維模型進行固定約束，并控制其沿X軸方向施加指定位移，以模擬不同的應力σ狀態(tài)；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟S45中，通過對指定位移后的模型進行參數(shù)化掃描，并通過穩(wěn)態(tài)求解器設置步長進行求解，得到腐蝕電位、應力、電流密度分布云圖。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，包括以下具體步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟s1中，納觀尺度建模包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟s2中，介觀尺度的多物相體系建模包括如下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟s3中，根據(jù)應力應變曲線可求得鈦合金的力學參數(shù)，根據(jù)電化學實驗可以測得鈦合金的的電化學參數(shù)，以測得的電化學參數(shù)作為鈦合金在實際發(fā)生應力腐蝕反應時的參考電化學參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟s4中，包括以下具體步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金的應力腐蝕多尺度建模計算方法，其特征在于，在步驟s41中，腐蝕缺陷設置為u型，腐蝕缺陷的兩條直線段的長度及弧線段的直徑均為1個單位長度。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉千里，鎖永永，種曉宇，楊朝，呂逸帆，廖志謙，
申請(專利權(quán))人：洛陽船舶材料研究所中國船舶集團有限公司第七二五研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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