【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及合金高溫拉伸與蠕變塑性本構(gòu)參數(shù)識(shí)別及預(yù)測(cè)領(lǐng)域，特別是一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、合金材料在高溫環(huán)境下的拉伸和蠕變變形特性對(duì)于眾多工業(yè)領(lǐng)域中的設(shè)備設(shè)計(jì)和性能評(píng)估至關(guān)重要。特別是在航空航天、能源、汽車制造及核工業(yè)等領(lǐng)域，合金材料需要承受高溫、高壓及復(fù)雜應(yīng)力的共同作用，其高溫拉伸和蠕變性能直接影響到設(shè)備的可靠性、安全性和使用壽命。在合金材料中，高溫拉伸和蠕變變形往往涉及多種機(jī)制的相互作用，包括位錯(cuò)滑移、晶界擴(kuò)散、析出相演化等。這些機(jī)制的相互作用使得蠕變變形過(guò)程變得復(fù)雜且難以預(yù)測(cè)。
2、合金材料參數(shù)的精確標(biāo)定是深入理解并預(yù)測(cè)合金材料變形特性的基石，對(duì)于評(píng)估其力學(xué)性能、優(yōu)化材料設(shè)計(jì)以及制定高效的加工工藝策略至關(guān)重要。晶體塑性本構(gòu)模型，作為一種從微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)描述材料宏觀力學(xué)響應(yīng)的高級(jí)理論框架，相較于傳統(tǒng)的宏觀唯象本構(gòu)模型，顯著地融入了材料微觀缺陷的動(dòng)態(tài)演化機(jī)制，從而賦予了模型更深厚的物理背景和理論支撐。這一特性使其在材料科學(xué)與力學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)贏得了廣泛的關(guān)注與認(rèn)可。晶體塑性本構(gòu)模型的構(gòu)建依賴于一套詳盡的材料參數(shù)體系，共計(jì)11個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，涵蓋了3個(gè)彈性常數(shù)(如彈性模量、泊松比等，這些參數(shù)定義了材料在彈性變形階段的響應(yīng))以及8個(gè)塑性參數(shù)(這些參數(shù)則涉及滑移系的激活、硬化行為等多個(gè)方面，共同刻畫(huà)了材料在塑性變形過(guò)程中的復(fù)雜機(jī)制)。參數(shù)的準(zhǔn)確標(biāo)定是模型有效性的前提，也是連接理論與實(shí)驗(yàn)、微觀與宏觀的橋梁。
3、常用方法是通過(guò)對(duì)比有限元模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試
4、因此，急需一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法、裝置及存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別預(yù)測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)的主要目的在于針對(duì)合金高溫拉伸和蠕變變形實(shí)現(xiàn)基于物理機(jī)理的系統(tǒng)性參數(shù)識(shí)別與預(yù)測(cè)，得到的參數(shù)適用與多個(gè)溫度與率，同時(shí)解決了由于參數(shù)搜索導(dǎo)致的算力耗費(fèi)問(wèn)題。
2、本專利技術(shù)的提供了一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別方法，方法包括以下步驟：
3、s1、對(duì)樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和蠕變實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線、蠕變應(yīng)變時(shí)間曲線，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到不同狀態(tài)下的名義屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)蠕變率；
4、s2、利用背散射電子衍射分析技術(shù)ebsd對(duì)樣品測(cè)量分析得到ebsd數(shù)據(jù)并根據(jù)ebsd數(shù)據(jù)建立有限元模型并進(jìn)行拉伸模擬試驗(yàn)和蠕變模擬實(shí)驗(yàn)得到模擬數(shù)據(jù)；
5、s3、構(gòu)建晶體塑性本構(gòu)模型，根據(jù)名義屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)蠕變率，通過(guò)最小二乘法得到改進(jìn)塑性流動(dòng)法則一次目標(biāo)參數(shù)，并將一次目標(biāo)參數(shù)帶入晶體塑性本構(gòu)模型進(jìn)行模擬；
6、s4、通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)得到的真應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值、蠕變應(yīng)變時(shí)間數(shù)值對(duì)比，得到匹配的二次目標(biāo)參數(shù)；
7、s5、基于一次目標(biāo)參數(shù)和二次目標(biāo)參數(shù)，預(yù)測(cè)不同狀態(tài)下的樣品高溫力學(xué)響應(yīng)、變形行為及失效行為。
8、優(yōu)選地，對(duì)樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和蠕變實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到不同狀態(tài)下的名義屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)蠕變率的具體內(nèi)容為：
9、使用萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，通過(guò)光學(xué)引伸計(jì)測(cè)量標(biāo)距點(diǎn)的位移，利用拉伸機(jī)實(shí)時(shí)輸出加載過(guò)程中構(gòu)件兩端所受的載荷；
10、對(duì)每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)若干次，取實(shí)驗(yàn)的平均曲線作為載荷位移曲線；
11、處理通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的載荷位移曲線，得到材料應(yīng)力應(yīng)變曲線；
12、根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，合金拉伸曲線分為彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮及斷裂階段；
13、過(guò)0.2％應(yīng)變處做一條平行于彈性段的直線，與屈服或強(qiáng)化段的交點(diǎn)即為名義屈服點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)即為材料的名義屈服應(yīng)力。
14、優(yōu)選地，根據(jù)ebsd數(shù)據(jù)建立有限元模型的具體內(nèi)容為：
15、對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，將處理好的樣品置于ebsd分析設(shè)備中；
16、運(yùn)行ebsd分析設(shè)備收集背散射電子并與衍射圖案進(jìn)行比對(duì)，解析出每個(gè)像素點(diǎn)的晶體取向信息；
17、利用軟件對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成材料的晶體學(xué)取向圖、相分布圖及晶界信息進(jìn)而得到ebsd數(shù)據(jù)；
18、基于已獲得的ebsd數(shù)據(jù)，識(shí)別并提取材料中不同相、晶粒及其取向信息，作為構(gòu)建rve的基礎(chǔ)；
19、根據(jù)材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，使用腳本語(yǔ)言構(gòu)建rve的幾何模型；
20、根據(jù)ebsd測(cè)得的晶體取向信息，為rve中的每個(gè)晶粒分配相應(yīng)的材料屬性和本構(gòu)關(guān)系；
21、將構(gòu)建好的rve模型導(dǎo)入有限元分析軟件中，設(shè)置邊界條件、加載方式及求解參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值模擬分析。
22、優(yōu)選地，構(gòu)建晶體塑性本構(gòu)模型的具體內(nèi)容為：
23、所述包括關(guān)鍵方程塑性流動(dòng)法則，塑性流動(dòng)法則定義晶體滑移速率第α滑移系的分解切應(yīng)力τα、材料滑移阻力的控制方程；
24、對(duì)于合金的高溫變形行為，滑移阻力取決于位錯(cuò)密度和m23c6碳化物或沉淀物的體積分?jǐn)?shù)和尺寸；
25、通過(guò)森林位錯(cuò)(s0d)和m23c6析出物(s0p)的存在引起的兩種主要強(qiáng)化機(jī)制相加的形式初始滑動(dòng)阻力s0；
26、所有滑移系統(tǒng)的初始滑移阻力相同；
27、引入等效累積塑性應(yīng)變來(lái)描述變形過(guò)程的塑性變形；
28、擴(kuò)展塑性流動(dòng)法則方程得到具有明確的物理意義的臨界切應(yīng)力τ0的求解表達(dá)式，τ0的求解表達(dá)式得到合金材料在絕對(duì)溫度為0k時(shí)的切應(yīng)力；
29、代入不同溫度下合金材料的名義屈服應(yīng)力以及剪切模量，得到τ0的具體值；
30、使用泰勒均勻化方法修改晶體塑性流動(dòng)法。
31、優(yōu)選地，通過(guò)最小二乘法得到改進(jìn)塑性流動(dòng)法則一次目標(biāo)參數(shù)的具體內(nèi)容為：
32、預(yù)測(cè)的和實(shí)驗(yàn)得到的屈服應(yīng)力值之間的相對(duì)差δ由下式定義：
33、
34、式中n是數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)，是第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)加載速率，σ0.2％s,i表示第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的屈服應(yīng)力；
35、通過(guò)限定晶體塑性本構(gòu)模型中參數(shù)的搜索范圍，在范圍內(nèi)進(jìn)行最小二乘法搜索，得到一次目標(biāo)參數(shù)。
36、優(yōu)選地，通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)得到的真應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值、蠕變應(yīng)變時(shí)間數(shù)值對(duì)比，得到匹配的二次目標(biāo)參數(shù)的具體內(nèi)容為：
37、通過(guò)比較單軸拉伸真應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和利用ebsd信息生成的代表性隨機(jī)分布rve數(shù)值模擬得到的真應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值對(duì)比，得到匹配的hs與ssat值；
38、具體包括：代入不同本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和蠕變實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到不同狀態(tài)下的名義屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)蠕變率的具體內(nèi)容為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別，其特征在于，根據(jù)EBSD數(shù)據(jù)建立有限元模型的具體內(nèi)容為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，構(gòu)建晶體塑性本構(gòu)模型的具體內(nèi)容為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)最小二乘法得到改進(jìn)塑性流動(dòng)法則一次目標(biāo)參數(shù)的具體內(nèi)容為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)得到的真應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值、蠕變應(yīng)變時(shí)間數(shù)值對(duì)比，得到匹配的二次目標(biāo)參數(shù)的具體內(nèi)容為：>
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，基于一次目標(biāo)參數(shù)和二次目標(biāo)參數(shù)，預(yù)測(cè)不同狀態(tài)下的樣品高溫力學(xué)響應(yīng)、變形行為、失效機(jī)制的具體內(nèi)容包括：
8.一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法裝置，其特征在于，包括：處理器；以及存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序，當(dāng)由所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序時(shí)，執(zhí)行權(quán)利要求S1-7中任一項(xiàng)所述的針對(duì)合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法。
9.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序，其特征在于，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求S1-7中任一項(xiàng)所述的基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，對(duì)樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和蠕變實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到不同狀態(tài)下的名義屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)蠕變率的具體內(nèi)容為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別，其特征在于，根據(jù)ebsd數(shù)據(jù)建立有限元模型的具體內(nèi)容為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，構(gòu)建晶體塑性本構(gòu)模型的具體內(nèi)容為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于物理機(jī)理的合金高溫拉伸和蠕變變形參數(shù)識(shí)別、預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)最小二乘法得到改進(jìn)塑性流動(dòng)法則一次目標(biāo)參數(shù)的具體內(nèi)容為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于物理機(jī)理的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李東風(fēng)，程雪，尹俊東，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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