基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法技术

本发明专利技术提供了一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，包括以下步骤：步骤一、选取待测试样，并建立试样表面温度场的数字孪生模型；步骤二、提取数字孪生模型的边界条件，并进行温度场重构；步骤三、根据重构的温度场进行疲劳性能评价；通过本发明专利技术所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，能够在采用温度方法对材料疲劳性能进行评估的时候，考虑材料热传导效应的影响，以此提高对材料疲劳性能试验结果的可信度，增强试验方式的可靠性，提高试验方法的稳定性，并能够简化试验模型，降低试验成本的消耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法


[0001]本专利技术涉及材料疲劳性能评估
，具体而言，涉及一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法。

技术介绍

[0002]目前，“温度方法”是基于能量耗散引起的温度升高对材料疲劳性能进行评价的一种试验方法；其原理为，循环载荷造成的疲劳损伤可以被视作一个伴随能量耗散的材料自身热力学状态的演化；能量耗散一方面和疲劳损伤具有紧密的联系，另一方面可以将机械功转化为热能，造成材料温度的升高，因此，可以通过材料在循环载荷下的温度演化对其疲劳性能进行评价。
[0003]然而，现有温度方法通常直接根据循环载荷下测量得到的温度升高进行疲劳性能评价；其中不仅包含材料自身能量耗散引起的温升效应，还掺杂着试件与疲劳试验机之间热传导的影响；热传导效应属于影响疲劳试件温度的外部因素，与材料本身的状态变化即疲劳损伤累积无关。
[0004]理论上，温度方法应只考察能量耗散造成材料自身产热，进而引起的温度升高；因此，现有温度方法直接采用实测温度数据，忽略热传导效应影响的做法，难以保证结果的可信度，故而，研究如何在采用温度方法的手段下，考虑热传导效应的影响，进而提高对材料疲劳性能的评价结果的可信度，具有重要意义。
[0005]在专利CN116050220A中，提及一种基于SDAS分布的转向节疲劳耐久仿真分析方法与装置，包括不同SDAS水平机械性能测试，建立基于SDAS的转向节材料模型；建立工艺仿真网格模型，进行铸造过程工艺仿真分析，输出SDAS分布的工艺仿真结果并将其与生产样品试验测试结果进行对标，根据对标结果优化工艺仿真参数；建立转向节结构仿真网格模型，将SDAS分布的工艺仿真结果映射到结构强度仿真模型，设置上述转向节材料模型及相关材料属性，设置结构仿真分析模型的载荷及边界条件，进行应力应变分析；将工艺仿真结果映射到结构疲劳分析模型，设置不同SDAS下的SN曲线，进行疲劳寿命分析，能够实现基础材料性能与疲劳性能的连续分布，更准确地预测疲劳寿命，其虽采用软件仿真铸造过程中的材料进行疲劳寿命分析，通过工艺仿真网格模型得到铸件凝固过程的温度场分布，但是，采用温度方法的同时，仍未考虑热传导的影响，仍难以保证评价结果的可信度，且由于需要大量的软件仿真，还易使得实验过程较为复杂。
[0006]在专利CN114492099A中，提及一种面向节能降耗的再生黄铜热挤压工艺优化方法，包括再生黄铜铸锭加热和热挤压数值仿真三维模型建立，构建基于数值仿真的再生黄铜热挤压数字孪生模型，采用仿真模拟数字孪生模型计算热挤压生产过程中挤压方式和挤压工艺参数对能耗和产品质量的影响，优化工艺；采集挤压生产海量数据，修正数字孪生模型，采用机器学习构建工艺
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组织
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性能
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能耗
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成本
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质量之间的映射关系的大数据库，通过筛选和优化，获得最优匹配，能够集成再生黄铜热学特性、热变形物理特性、三维仿真模拟、数字孪生、机器学习模型以及先进的测试表征，面向节能降耗，优化再生黄铜热挤压工艺，
但其仍未考虑热传导的影响，仍难以保证评价结果的可信度，且该方法较为繁琐，成本消耗较大。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，以解决现有技术中存在的现有的温度方法不考虑热传导效应，评价结果可信度较低、以及现有的试验模型较为繁杂，易造成试验成本较高的问题；以此达到能够在采用温度方法对材料疲劳性能进行评估的时候，考虑材料热传导效应的影响，以此提高对材料疲劳性能试验结果的可信度，增强试验方式的可靠性，提高试验方法的稳定性，并能够简化试验模型，降低试验成本的消耗。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0009]本专利技术涉及的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一、选取待测试样，并建立试样表面温度场的数字孪生模型；
[0011]步骤二、提取数字孪生模型的边界条件，并进行温度场重构；
[0012]步骤三、根据重构的温度场进行疲劳性能评价。
[0013]进一步，步骤一包括：
[0014]步骤S11：选取待测试样；
[0015]步骤S12：采用全场测量手段在疲劳试验过程中采集试样表面的温度场，得到实测温度场；
[0016]步骤S13：以实测温度场边界上的温度作为边界条件，建立实测温度场的数字孪生模型。
[0017]进一步，步骤S11包括：
[0018]步骤S111：选取不同的待测试样；
[0019]步骤S112：在不同的待测试样上设置采样窗口。
[0020]进一步，不同的待测试样中的采样窗口尺寸相同，用于实现同一个温度模型能够描述不同试验中的采样窗口温度。
[0021]进一步，步骤S12中，全场测量手段包括采用红外热像仪。
[0022]进一步，步骤S12中，疲劳试验在疲劳试验机上进行，并采用应力控制模式。
[0023]进一步，步骤二包括：
[0024]步骤S21：提取数字孪生模型的边界条件，并保持实测温度场边界条件不变；
[0025]步骤S22：将数字孪生模型的内热源设定为零；
[0026]步骤S23：计算得到边界温度场；
[0027]步骤S24：通过实测温度场、边界温度场对温度场进行重构，得到重构温度场。
[0028]进一步，步骤S24中，重构温度场＝实测温度场
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边界温度场。
[0029]进一步，步骤三中包括：
[0030]步骤S31：在不同载荷下进行疲劳试验，通过测量并重构试样温度场；
[0031]步骤S32：获得在载荷与重构温度场特征值的对应关系曲线；
[0032]步骤S33：对材料的疲劳极限进行评价。
[0033]进一步，步骤S33中，通过确定曲线的拐点，来对材料的疲劳极限进行评价。
[0034]相对于现有技术，本专利技术所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，具有以下有益效果：
[0035]通过所述方法，能够在采用温度方法对材料疲劳性能进行评估的时候，考虑材料热传导效应的影响，以此提高对材料疲劳性能试验结果的可信度，增强试验方式的可靠性，提高试验方法的稳定性，并能够简化试验模型，降低试验成本的消耗，此外，相较于现有技术中直接依据实测温度场数据进行疲劳性能评价具有显著的新颖性和先进性。
附图说明
[0036]构成本专利技术的一部分附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0037]图1a为疲劳试件整体尺寸(单位：mm)示意图；
[0038]图1b为疲劳试件坡口尺寸(单位：mm)示意图；
[0039]图1c为疲劳试件接头余高的平均尺寸(单位：mm)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选取待测试样，并建立试样表面温度场的数字孪生模型；步骤二、提取数字孪生模型的边界条件，并进行温度场重构；步骤三、根据重构的温度场进行疲劳性能评价。2.根据权利要求1所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤S11：选取待测试样；步骤S12：采用全场测量手段在疲劳试验过程中采集试样表面的温度场，得到实测温度场；步骤S13：以实测温度场边界上的温度作为边界条件，建立实测温度场的数字孪生模型。3.根据权利要求2所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，其特征在于，所述步骤S11包括：步骤S111：选取不同的待测试样；步骤S112：在不同的待测试样上设置采样窗口。4.根据权利要求3所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，其特征在于，所述不同的待测试样中的采样窗口尺寸相同，用于实现同一个温度模型能够描述不同试验中的采样窗口温度。5.根据权利要求2所述的一种基于孪生及重构数字温度场的材料疲劳性能评价方法，其特征在于，所述步骤S12中，全场测量手段包括采用红外热像仪。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少飞，孙磊，牛佳佳，宫旭辉，朱官朋，高珍鹏，
申请(专利权)人：洛阳船舶材料研究所中国船舶集团有限公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：