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专利号: 202210351820X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤1:获取目标材料的材料特性,建立晶体塑性几何模型;

通过电子背散射衍射的材料表征手段,对目标材料进行检测,获取目标材料的相组成,晶体取向,滑移系特征,生成对应的外部文件,并建立晶体塑性几何模型,进行网格划分;

步骤2:对晶体塑性几何模型施加边界条件;

获取步骤1生成的晶体塑性几何模型,对生成的晶体塑性几何模型施加周期性边界条件使其满足塑性变形中的连续性和协调性条件;

步骤3:测定晶体塑性几何模型的应力与应变关系;

在动力学模型下,根据材料各向异性,获取晶体塑性几何模型的各向异性参数,如下式所示:式中: 表示等效应力;σ1、σ2、σ3分别表示空间坐标系下x、y、z三个坐标方向的主应力;

M为物性参数;f表示第一各向异性参数;g表示第二各向异性参数;h表示第三各向异性参数;l表示第四各向异性参数;m表示第五各向异性参数;n表示第六各向异性参数;

并将各向异性参数作为材料属性代入静力学模型,保证动力学和静力学两种模型下的力学等价;

步骤4:确保静力学模型应力三轴度和洛德角参数不变;

步骤41:获得晶体塑性几何模型的应力比;

步骤42:确定状态参数,推导约束方程;

所述状态参数包括应力三轴度η和洛德角参数μ;通过保持变形过程中的应力比,即保证ρ11,ρ33不变;ρ12在变形过程中保持恒定,则变形过程中的应力状态参数将保持不变,由此能够推导出约束方程如下所示:式中: 表示N1在空间坐标系x方向的位移; 表示M1在空间坐标系x方向的位移;a表示模型边长; 表示M2在空间坐标系y方向的位移; 表示N2在空间坐标系y方向的位移; 表示N3在空间坐标系z方向的位移; 表示M3在空间坐标系z方向的位移;N1表示第一弹簧自由端;N2表示第二弹簧自由端;N3表示第三弹簧自由端;M1表示第一弹簧控制点;M2表示第二弹簧控制点;M3表示第三弹簧控制点;

步骤43:采用节点模式,根据步骤42得到的约束方程,能够确定第一节点变量JDOF(Z),第二节点变量A(Z)和第三节点变量UE,其中Z表示节点编号;按照节点自由度原则能够得到变量JDOF(Z);对约束方程的Z自由度求偏导数得到的表达式即得到变量A(Z);在计算过程中被排除的自由度的总和得到变量UE;使晶体塑性几何模型沿三维空间轴向的应力满足约束关系,以控制应力三轴度和洛德角参数保持不变;

步骤5:获得动力学条件下晶体塑性几何模型的断裂数据;

步骤51:在静力学模型中,弹簧自由端加载,提取控制点的位移信息,并将其作为边界条件施加到动力学模型对应角点位置,从而实现动力学条件下晶体塑性几何模型变形过程中应力三轴度和洛德角参数保持恒定;

步骤52:在动力学模型中,通过VUMAT子程序获取数据库内晶体塑性几何模型的晶体取向、滑移系,以重构织构;根据材料各向异性,计算模块对晶体塑性变形进行有限元计算,并获得晶体塑性几何模型的断裂数据。

2.根据权利要求1所述的可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,所述步骤41中的应力比是指:晶体塑性几何模型边长为a,模型在空间坐标系x、y、z方向上的受力分别为F1、F2、F3,则正应力在空间坐标系x、y、z方向上的作用为Σ11、Σ22、Σ33;u1,u2,u3分别是相关节点在空间坐标系x、y、z方向上的位移,k为弹簧的劲度系数;对于晶体塑性几何模型在空间坐标系x、y、z方向上的应力比如下式所示:式中:ρ11和ρ33分别表示空间坐标系下x和z坐标方向的应力比;Σ11、Σ22和Σ33分别表示在空间坐标系x、y、z方向上的正应力。

3.根据权利要求1所述的可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,所述步骤42中的应力三轴度η的获取方法如下式所示:式中:η表示应力三轴度;∑m表示平均应力;∑eq表示等效应力;signum表示正负号函数。

4.根据权利要求1所述的可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,所述步骤42中的洛德角参数μ的获取方法如下式所示:式中:μ表示洛德角参数;∑I,∑II,∑III分别表示第一、第二和第三主应力。

5.根据权利要求1所述的可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,所述步骤43中的对约束方程的Z自由度求偏导数得到的表达式即为第二节点变量A(Z),具体为:变量A(Z)表示约束方程的系数矩阵,对于需要由约束方程计算位移的点,A(Z)即为对步骤42中约束方程的Z自由度求偏导数,得到的表达式:所述的第二节点变量A(Z)主要包括A(1)、A(2)、A(3)和A(4);由于A(2)和A(3)不参与运算,默认取值为零;A(1)和A(4)的获取方法如下所示:式中:A(1)表示约束方程对 求得的偏导数;A(4)表示约束方程对 求得的偏导数。

6.根据权利要求1所述的可控加载路径的宏微观混合断裂数据生成方法,其特征在于,所述步骤43中的在计算过程中被排除的自由度的总和得到UE,具体为:第三节点变量UE表示在计算过程中,被排除的自由度的总和;对于非线性化问题,需要额外定义UE来保证约束正确,第三节点变量UE的获取方法如下所示:式中:UE表示第三节点变量。