(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210609119.3 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 江荣　章敬鹏　赵阳　尤超　 宋迎东　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 吴旭 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高 温合金低周疲劳寿 命预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于晶体塑性的激光冲 击强化粉末高温合金低周疲劳寿命 预测方法， 包 括以下步骤： 获得LSP粉末高温合金试验件随深 度分布的纵向和横向的残余应力、 LSP粉末高温 合金试验件随深度分布的加工硬化场； 建立整体 模型， 将残余应力场、 加工硬化场和相应的材料 属性赋予整体模型， 并进行有限元模拟， 获得位 移场； 通过低周疲劳试验 标定晶体塑性本构模型 中的材料参数； 建立晶体塑性子模型； 将LSP引入 的残余应力场、 加工硬化场赋予子模型； 使用子 模型进行有限元模拟， 将整体模 型的位移场作为 子模型的边界条件， 分析LSP粉末高温合金试验 件低周疲劳损伤演化规律， 得到疲劳指示因子； 实现对LS P粉末高温合金 试验件疲劳寿 命预测。 权利要求书3页 说明书6页 附图3页 CN 115062378 A 2022.09.16 CN 115062378 A 1.一种基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预测方法， 其特征在 于： 包括以下步骤： (1)采用X射线衍射法和电解抛光技术获得激光冲击强化粉末高温合金试验件随深度 分布的纵向和横向的残余应力， 通过电子背散射衍射技术获得激光冲击强化粉末高温合金 试验件随深度分布的加工硬化场； (2)在ABAQUS软件中建立激光冲击强化粉末高温合金试验件整体模型， 通过逆本征应 变法和USDFLD、 HARDINI子程序将残余应力场、 加工硬化场和相应的材料属性赋予整体模 型， 并进行有限元模拟， 获得整体模型的位移场； (3)通过低周疲劳试验标定晶体塑性本构模型中的材 料参数； (4)基于电子背散射衍射技术微结构表征结果， 采用Dream.3D软件在ABAQUS软件中建 立晶体塑性子模型； (5)通过逆本征应变法和USDFLD、 HARDINI子程序将激光冲击强化引入的残余应力场、 加工硬化场赋予步骤(4)建立的 晶体塑性子模型； (6)使用晶体塑性子模型进行有限元模拟， 将步骤(2)得到的整体模型的位移场作 为晶 体塑性子模型的边界条件， 分析激光冲击强化粉末高温合金试验件低周疲劳损伤演化规 律， 得到疲劳指示因子； (7)实现对激光冲击强化粉末高温合金 试验件疲劳寿命预测。 2.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中， 通过使用电子背散射衍射技术对激光冲击强化粉末 高温合金 试验件的对应侧表面或者对应横截面进行表征分析而获得加工硬化场。 3.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(3)中， 通过开展相应的低周疲劳试验获得粉末高温合金的 疲劳迟滞回线， 再通过 试错法拟合低周疲劳迟滞回线， 从而获得晶体塑性本构参数。 4.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(4)中， 通过电子背散射衍射技术获取试样表面晶粒尺寸和 欧拉角， 再将电子背散射衍射技术获取的晶粒信息以ctf格式文件导入Dream.3d软件中， 以 txt格式输出 晶粒取向分布信息以及晶粒尺寸分布； 之后将晶粒取向分布信息文件以及采 用对数正态分布 函数拟合的晶粒尺 寸分布参数输入到Dream.3d软件中， 设定模型大小以及 网格尺寸， 以实现自动生成符合粉末 高温合金 晶粒取向和尺寸分布的代表体积单元， 再将 代表体积单 元导入ABAQUS软件中生成晶体塑性子模型。 5.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(5)中， 通过逆本征应变法将激光冲击强化引入的残余应力 赋予晶体塑性子模 型， 其中试验获得的残余应力场引入到ABA QUS有限元模型中需要通过逆 本征应变重构法获得与相应残余应力相对应的本征应变， 再通过子程序USDFLD引入到有限 元模型， 加 工硬化以等效塑性应变的形式引入到有限元模型中， 通过HARDINI子程序 实现； 通过已知残余应力获取本征应 变的方法如下： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062378 A 2式中， y表示为深度， 为随深度分布的x方向的本征应变， Ti(y)为切比雪夫多项 式函数， N表示为切比雪夫多项式的阶数， m为实验所测得的残余应力个数， σxx(y)为通过测 量实验所得随深度方向分布的残余应力值， 为每阶切比雪夫多项式所对应的随深度 分布的残余应力值， Ci为未知系数， Ci通过最小二乘法获得， 再通过Ci与各个深度对应的切 比雪夫多 项式相乘得到对应深度的本征应 变。 6.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(6)中， 将步骤(3)中的晶体塑性本构模型代入到步骤(5)中 的晶体塑性子模型中， 即将激光冲击强化产生的残余应力场和加工硬化场引入到晶体塑性 子模型中， 再通过步骤(2)赋予子模 型边界条件， 从而获得考虑激光冲击强化效果的模拟结 果， 从模拟结果中提取出在特定滑移 面上的剪切应变、 分剪切应力和正应力， 计算累积 剪切 应变能耗散密度， 形成疲劳指示因子(FIP)， 其具体形式如下： 其中， α 为滑移系， N1为开动的所有滑移系的数量， τα为分剪切应力， 为剪切应变率， WP 为疲劳指示因子， 其中： τα＝m*α·τ·s*α τ ＝det(F)σ 其中， m*α为滑移面法向， τ为基尔霍夫应力， s*α为滑移方向,F为总应变梯度， σ 为柯西应 力； 其中， 为参考剪切应变率， n为速率敏感指 数， χα为滑移系的背应力项， 临界分剪切 应力。 7.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的激光冲击强化粉末高温合金低周疲劳寿命预 测方法， 其特征在于： 所述步骤(7)中， 基于步骤(6)得到的疲劳指示因子来预测疲劳寿命 结 果， 具体如下 所示： Wpc＝WP,N+(Ntotal‑N)ΔW 其中， Wpc为临界累积剪切应变能耗散密度， 通过试验确定， WP,N为特定循环数下 的累积 剪切应变能耗散密度， 通过有限元仿真得到， Ntotal为试验件的全寿命， N为模拟周次， ΔW为 累积剪切应 变能耗散密度增量； ΔW只在初始五个循环内变化， 在后续循环中保持稳定， 同时WP,N为有限元仿真五个真 实加载循环后所得累积 剪切应变能耗散密度， 即WP,N＝5； Wpc的确定需要 先进行一组低周疲劳 试验得到一个试验件的真实全寿命 和仿真参数WP,N＝5、 ΔW， 代入上述方程得到Wpc， 且设它在同一批次试验件 中为固定值； 确定Wpc后， 用上述寿命预测准则预测不同载荷水平权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062378 A 3