【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及反应堆结构力学领域，更具体地说，它涉及一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法及系统。
技术介绍
1、压水堆核电站一回路系统的设备结构在服役环境中长期承受压力与温度的循环载荷，为满足设计寿命及结构完整性要求，需要在结构设计时对可能出现的疲劳、棘轮变形等力学失效行为进行评估。根据国际主流的压水堆核电设计规范，如美国的asme-iii和法国的rcc-m规范，采用弹性分析方法设计具有简单保守的特点，但当弹性分析方法使得结构的应力或变形超过限值时，可以采用弹塑性分析方法来降低保守性，获得更为真实的结构力学响应。而采用弹塑性分析方法需要用到材料的塑性本构模型。但是asme-iii和rcc-m规范中并未针对压水堆结构材料提供可供选择的本构模型。
2、金属材料的本构模型一般包含：主控方程、各向同性强化项和随动强化项。为准确描述反应堆结构材料的棘轮变形等力学行为，在本构关系中必须考虑描述屈服面在应力空间内由加载历史即塑性应变导致的非线性移动的随动强化项。在对于随动强化项的已有研究中，较为经典的是frederick与armstrong于1966年提出的a-f非线性随动强化模型。但由于a-f模型预测的变形行为过于保守，在其基础上chaboche、abdel karim、ohno等学者又进行了改进。目前关于反应堆结构材料的弹塑性本构模型的分析方法主要分为两种：
3、方法一：直接采用已经嵌入大型商业有限元软件的chaboche模型，然而工程上在使用chaboche模型时采用的是离散的材料参数，并没有考虑反应堆结
4、方法二：针对特定的反应堆材料的服役环境，耦合温度、应变率、损伤等多种因素建立精确的本构模型，然而此类模型较为复杂，计算效率低，参数确定过程也十分繁琐，不利于工程应用推广，往往限于实验室的科学研究。
5、因此，如何提供在核工程应用中能够较好表征反应堆结构材料温度相关的变形行为且参数确定过程简便的弹塑性本构模型是目前继续解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法及系统，用以解决反应堆结构材料的本构模型无法较好的表征结构材料与温度相关的变形行为的问题，通过本专利技术提供的建立方法，得到的温度相关的本构模型能够较好地表征反应堆结构材料在不同温度下的变形行为，从而更加方便地确定反应堆的材料参数，有利于弹塑性分析方法在反应堆结构力学设计中的工程应用。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、本专利技术的第一方面，提供了一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，方法包括：
4、获取反应堆结构材料在不同温度下的应力应变曲线；
5、在chaboche模型中引入温度相关项和改进的非线性随动强化项，得到待拟合的与温度相关的本构模型；其中改进的非线性随动强化项是指将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数；
6、根据所述应力应变曲线，确定反应堆结构材料的塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系，采用指数函数拟合所述关联关系，得到在不同温度下塑性强化模量关系式中的材料参数；
7、采用二次函数拟合在不同温度下塑性强化模量关系式中的材料参数，获得材料参数与温度相关的函数表达式；
8、将所述材料参数与温度相关的函数表达式代入待拟合的与温度相关的本构模型，得到与温度相关的本构模型。
9、在一种实现方式中，反应堆结构材料在不同温度下的应力应变曲线是通过反应堆结构材料在不同温度下的单调拉伸试验得到的。
10、在一种实现方式中，在chaboche模型中引入温度相关项，具体为：在主控方程中引入温度相关项，得到与温度相关的方程；
11、其中，与温度相关的方程包括：
12、ε＝εe+εp+εt；
13、εe＝d(t)-1:σ；
14、
15、
16、
17、其中，ε表示总应变张量，εe表示弹性应变张量，εp表示塑性应变张量，σ表示应力张量，d(t)表示与温度相关的弹性张量，表示塑性应变率，表示温度变化率，λ表示塑性乘子，n表示塑性流动方向，k表示热膨胀系数，fy表示屈服函数，s表示偏应力张量，α表示背应力张量，p表示累积塑性应变，q表示各向同性抗力。
18、在一种实现方式中，将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数的表达式包括：其中，c表示塑性强化模量，是与累积塑性应变p相关的指数函数，p表示累积塑性应变，α表示背应力张量，表示塑性应变率，a、b、c表示通过指数函数拟合确定的在单一温度下的材料参数，γ表示通过试错法确定的材料参数。
19、在一种实现方式中，根据所述应力应变曲线，确定反应堆结构材料的塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系，具体为：依据应力应变曲线，确定反应堆结构材料在塑性部分的应力塑性应变曲线，将应力塑性应变曲线进行微分处理，得到塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系。
20、在一种实现方式中，所述材料参数与温度相关的函数表达式为：
21、a＝m1_at2+m2_at+m3_a；
22、b＝m1_bt2+m2_bt+m3_b；
23、c＝m1_ct2+m2_ct+m3_c；其中，m1_a、m2_a、m3_a、m1_b、m2_b、m3_b、m1_c、m2_c、m3_c分别
24、表示通过指数函数拟合确定的多个温度下的材料参数，a、b、c表示通过指数函数拟合确定的在单一温度下的材料参数，t表示温度。
25、本专利技术的第二方面，提供了一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建系统，系统包括：
26、曲线获取模块，用于获取反应堆结构材料在不同温度下的应力应变曲线；
27、本构模型构建模块，用于在chaboche模型中引入温度相关项和改进的非线性随动强化项，得到待拟合的与温度相关的本构模型；其中改进的非线性随动强化项是指将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数；根据所述应力应变曲线，确定反应堆结构材料的塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系，采用指数函数拟合所述关联关系，得到在不同温度下塑性强化模量关系式中的材料参数；采用二次函数拟合在不同温度下塑性强化模量关系式中的材料参数，获得材料参数与温度相关的函数表达式；将所述材料参数与温度相关的函数表达式代入待拟合的与温度相关的本构模型，得到与温度相关的本构模型。
28、在一种实现方式中，本构模型构建模块，还用于在主控方程中引入温度相关项，得到与温度相关的方程；其中，与温度相关的方程包括：
29、ε＝εe+εp+εt；
30、εe＝d(t)-1:σ；
31、
32、
33、
34、其中，ε表示总应变张量，ε本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，反应堆结构材料在不同温度下的应力应变曲线是通过反应堆结构材料在不同温度下的单调拉伸试验得到的。
3.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，在Chaboche模型中引入温度相关项，具体为：在主控方程中引入温度相关项，得到与温度相关的方程；
4.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数的表达式包括：C(p)＝exp(a+bp+cp2)；其中，C表示塑性强化模量，是与累积塑性应变p相关的指数函数，p表示累积塑性应变，α表示背应力张量，表示塑性应变率，a、b、c表示通过指数函数拟合确定的在单一温度下的材料参数，γ表示通过试错法确定的材料参数。
5.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，根据所述应力应变曲线，确定反应堆结
6.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，所述材料参数与温度相关的函数表达式为：
7.一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建系统，其特征在于，系统包括：
8.根据权利要求7所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建系统，其特征在于，本构模型构建模块，还用于在主控方程中引入温度相关项，得到与温度相关的方程；其中，与温度相关的方程包括：
9.根据权利要求7所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建系统，其特征在于，本构模型构建模块，还用于将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数的表达式包括：C(p)＝exp(a+bp+cp2)；其中，C表示塑性强化模量，是与累积塑性应变p相关的指数函数，p表示累积塑性应变，α表示背应力张量，表示塑性应变率，a、b、c表示通过指数函数拟合确定的在单一温度下的材料参数，γ表示通过试错法确定的材料参数。
10.根据权利要求7所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建系统，其特征在于，本构模型构建模块，还用于依据应力应变曲线，确定反应堆结构材料在塑性部分的应力塑性应变曲线，将应力塑性应变曲线进行微分处理，得到塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系。
...【技术特征摘要】
1.一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，反应堆结构材料在不同温度下的应力应变曲线是通过反应堆结构材料在不同温度下的单调拉伸试验得到的。
3.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，在chaboche模型中引入温度相关项，具体为：在主控方程中引入温度相关项，得到与温度相关的方程；
4.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，将离散的结构材料常数改写成与累积塑性应变相关的连续函数的表达式包括：c(p)＝exp(a+bp+cp2)；其中，c表示塑性强化模量，是与累积塑性应变p相关的指数函数，p表示累积塑性应变，α表示背应力张量，表示塑性应变率，a、b、c表示通过指数函数拟合确定的在单一温度下的材料参数，γ表示通过试错法确定的材料参数。
5.根据权利要求1所述的一种反应堆结构材料温度相关的本构模型构建方法，其特征在于，根据所述应力应变曲线，确定反应堆结构材料的塑性强化模量与累积塑性应变的关联关系，具体为：依据应力应变曲线，确定反应堆结构材料在塑性部分的应力塑性应变曲线，将应力塑性应变曲线进行微分处理，得到...
【专利技术属性】
技术研发人员：田俊，杨宇，张丽屏，傅孝龙，唐妍婕，邵雪娇，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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