一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法，将归一化的试样厚度、预压缩载荷和预制裂纹长度比率，代入本发明专利技术拟合出的函数关系中，即可预测出残余应力强度因子，本发明专利技术的有益效果是可简化工程应用，可应用于含残余应力结构的孕育期的预测过程。

A Method for Predicting Residual Stress Intensity Factor of CT Specimens under Preloading

The invention discloses a method for predicting the residual stress intensity factor of CT specimen pre-loading. By substituting the normalized sample thickness, pre-compression load and the ratio of prefabricated crack length into the function relationship fitted by the invention, the residual stress intensity factor can be predicted. The beneficial effect of the invention is to simplify the engineering application and can be applied to the pre-incubation period of the structure containing residual stress. Measuring process.

【技术实现步骤摘要】
一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法
本专利技术涉及含残余应力结构在常温条件下的应力强度因子工程临界评价
，特别是涉及一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法。
技术介绍
应力强度因子是断裂力学中描述远场载荷或残余应力在裂纹尖端的应力强度或应力状态。它通常存在于线弹性材料或者小范围屈服的材料中。它的大小取决于试样几何形状、大小、裂纹的位置以及载荷的大小和加载方式。目前，对于常见的I型裂纹(张开型)的工程计算方法已经成形，可见标准ASTM1457。但是已有的方法均是计算在主载荷情况下的应力强度因子。对于含有残余应力的试样，应力强度因子的计算显得尤为困难。一般学者习惯取裂纹尖端附近的残余应力场的平均值计算应力强度因子，但是这种方法会大大保守的估计实际的含残余应力裂尖附近的应力强度因子的大小。所以，亟需提出一种简单有效的应力强度因子预测模型，以简化工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法，包括以下步骤：(1)按照以下关系确定标准化参量，B′是归一化的厚度，B′＝B/1mm，B是试样厚度，P′是归一化的预压缩载荷，P′＝P0/1000N，P0是预压缩载荷；(2)按照以下关系确定K′：K'＝((a11+a12(a0/W))+a2B')eA+((c11+c12(a0/W))+c2B')eD其中：K′是归一化的残余应力强度因子：K′＝KS/(1MPa·mm1/2)，KS是残余应力强度因子；B、D是与B′、a0/W和P′相关的函数，其中，a0/W是预制裂纹长度比率：A＝((b11+b12(a0/W)+b13(a0/W)2)+(b21+b22(a0/W)+b23(a0/W)2)B+(b31+b32(a0/W)+b33(a0/W)2)B'2)P'D＝((d11+d12(a0/W)+d13(a0/W)2)+(d21+d22(a0/W)+d23(a0/W)2)B+(d31+d32(a0/W)+d33(a0/W)2)B'2)P'其中：a11、a12、c11、c12、a2、c2、b11、b12、b13、b21、b22、b23、b31、b32、b33、d11、d12、d13、d21、d22、d23、d31、d32、d33均是拟合出来的具体系数：(3)确定KS：KS＝K′﹒(1MPa·mm1/2)本专利技术的另一方面，还包括所述预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法的应用，可应用于含残余应力结构的孕育期的预测过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用大量模拟数据，拟合提出了考虑残余应力的应力强度因子预测模型。使用紧凑拉伸试样(CT)通过预压缩产生残余应力，提取计算CT试样的残余应力强度因子，本设计方法能够将简化的残余应力强度因子预测模型扩展到含残余应力的模型中。附图说明图1所示为预测模型的结构示意图。其中：1-上圆销，2-CT试样本体，3-上主载荷销孔，4-槽，5-缺口，6-预制裂纹，7-下主载荷销孔，8-下圆销。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。S1：建立如图1所示的模型，首先利用上圆销1、下圆销8对CT试样本体2进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销1、下圆销8，会在CT试样本体2的缺口5附近产生一定的残余应力分布；S2：在含有残余应力的缺口处插入预制裂纹6，通过后处理中的历史变量获取应力强度因子；S3：通过有限元模拟可以获得含残余应力CT试样的应力强度因子，所述有限元模拟采用abaqus完成，KS的提取过程包括以下步骤：(1)首先按照尺寸，建立预压缩加载的CT试样的有限元模型，在材料属性模块里设置弹性塑性参数，在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件，所述拘束条件包括对称条件和固定条件，在接触模块里设置压缩圆销与试样上下表面的的刚性接触，在分析步模块里设置好输出参量：应力强度因子K值，在网格模块划分网格；(2)在作业模块提交任务计算，获得残余应力的计算结果，结果文件中，从历史变量中可以获取残余应力强度因子KS；在不同的几何尺寸和载荷条件下，获得的具体数据如下：不同厚度B(mm)，预制裂纹长度(a0)或预制裂纹长度比率(a0/W)、预压缩载荷P0(N)情况下的残余应力强度因子KS(MPa·(mm1/2))数据：根据上述数据建立残余应力强度因子KS关于厚度B、预制裂纹长度比率a0/W、预压缩载荷P0等变量的函数；K'＝((a11+a12(a0/W))+a2B')eA+((c11+c12(a0/W))+c2B')eDK′是归一化的残余应力强度因子：K’＝KS/(1MPa·mm1/2)，B′是归一化的厚度：B′＝B/1mm,C、D是与B′、a0/W和归一化的预压缩加载P′(＝P0/1000N)相关的函数：A＝((b11+b12(a0/W)+b13(a0/W)2)+(b21+b22(a0/W)+b23(a0/W)2)B+(b31+b32(a0/W)+b33(a0/W)2)B'2)P'D＝((d11+d12(a0/W)+d13(a0/W)2)+(d21+d22(a0/W)+d23(a0/W)2)B+(d31+d32(a0/W)+d33(a0/W)2)B'2)P'其中：a11、a12、c11、c12、a2、c2、b11、b12、b13、b21、b22、b23、b31、b32、b33、d11、d12、d13、d21、d22、d23、d31、d32、d33均是拟合出来的具体系数：本实施例选取P92高温耐热钢，以B＝28mm，W＝56mm，a0＝19.6mm，a0/W＝0.35的CT试样作为研究对象，以预加载为12000N作为研究载荷。其主要材料属性见下表：其中：E-16为10的-16次方。(1)首先计算各个标准化的参量：B′＝28，P′＝12，a0/W＝0.35(2)带入上述公式中计算残余应力强度因子：K′＝270.813KS＝K′·(1MPa·mm1/2)＝270.183MPa·mm1/2以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出的是，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照以下关系确定标准化参量，B′是归一化的厚度，B′＝B/1mm，B是试样厚度，P′是归一化的预压缩载荷，P′＝P0/1000N，P0是预压缩载荷；(2)按照以下关系确定K′：K'＝((a11+a12(a0/W))+a2B')eA+((c11+c12(a0/W))+c2B')eD其中：K′是归一化的残余应力强度因子：K′＝KS/(1MPa·mm1/2)，KS是残余应力强度因子；A、D是与B′、a0/W和P′相关的函数，其中，a0/W是预制裂纹长度比率：A＝((b11+b12(a0/W)+b13(a0/W)2)+(b21+b22(a0/W)+b23(a0/W)2)B+(b31+b32(a0/W)+b33(a0/W)2)B'2)P'D＝((d11+d12(a0/W)+d13(a0/W)2)+(d21+d22(a0/W)+d23(a0/W)2)B+(d31+d32(a0/W)+d33(a0/W)2)B'2)P'其中：a11、a12、c11、c12、a2、c2、b11、b12、b13、b21、b22、b23、b31、b32、b33、d11、d12、d13、d21、d22、d23、d31、d32、d33均是拟合出来的具体系数：...

【技术特征摘要】
1.一种预测CT试样预加载残余应力强度因子的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照以下关系确定标准化参量，B′是归一化的厚度，B′＝B/1mm，B是试样厚度，P′是归一化的预压缩载荷，P′＝P0/1000N，P0是预压缩载荷；(2)按照以下关系确定K′：K'＝((a11+a12(a0/W))+a2B')eA+((c11+c12(a0/W))+c2B')eD其中：K′是归一化的残余应力强度因子：K′＝KS/(1MPa·mm1/2)，KS是残余应力强度因子；A、D是与B′、a0/W和P′相关的函数，其中，a0/W是预制裂纹长度比率：A＝((b11+b12(a0/W)+b13(a0/W)2)+(b21+b22(a0/W)+b23(a0/W)...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐连勇，邬栋权，荆洪阳，韩永典，赵雷，吕小青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12