CN109840354B - 一种材料断裂的预测方法、服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种材料断裂的预测方法、服务器，其中预测方法包括：使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。将JC模型中的静态流动项替换为第一流动应力模型，得到第二流动应力模型。使用第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。使用断裂模型计算材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。本发明通过将JC模型中的静态流动项替换为第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，并使用第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型，使用断裂模型计算材料的临界断裂应变速率，快捷地预测材料是否发生断裂。
Description
技术领域
本发明属于飞刀切削技术领域，具体涉及一种材料断裂的预测方法、服务器。
背景技术
在飞刀的切削过程中，由于刀具的转速小，进给速度大，被加工样品表面的部分微观尺度级别的切屑材料在飞刀还未切到时由于受到高应变速率的影响就已经发生了断裂，导致样品表面出现波浪状纹路。因此只能通过增加刀具的转速、降低进给速度来防止上述现象的发生。但操作人员又不知道转速和进给速度调整到多少可以。因此，现在业内人员迫切地需要解决上述问题。
材料发生塑性变形进而发生断裂与应变速率和材料的尺度有关，其中，应变速率分为低应变速率和高应变速率，材料的尺寸分为宏观尺度和微观尺度。目前，在低应变速率，宏/微观尺度下材料的塑性变形的研究已经非常充分；在高应变速率，宏观尺度下材料的塑性变形的研究也很充分，但目前在高应变速率，微观尺度下材料的塑性变形却几乎没人研究，因此，操作人员也就无法判断在高应变速率，微观尺度的条件下材料何时会断裂。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种材料断裂的预测方法、服务器，通过将JC模型中的静态流动项替换为第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，并使用第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型，最后使用断裂模型计算材料的临界断裂应变速率，操作人员即可进行简单地预测材料是否发生断裂。
本发明提供了一种材料断裂的预测方法，包括：
使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型；
将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积；
使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型；
使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率。
本发明提供的预测方法，通过将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，使得第二流动应力模型可适用于高应变速率和微尺度材料的应用条件。因此，使用所述第二流动应力模型和断裂准则，可建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。再使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，最后将材料的实际应变速率与材料的临界断裂应变速率进行比较，预测出材料是否会发生断裂，极大地提高了预测的准确性，也为生产提供了理论基础。
其中，所述第二流动应力模型还包括修正系数，所述修正系数用于修正所述应变速率项。
其中，所述修正系数为[1+lnη]，其中，η表示所述材料的尺寸系数。
其中，所述修正系数为
其中，D表示修正常数，η表示所述材料的尺寸系数，η宏表示宏观样品的尺寸系数。
其中，所述使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
将所述断裂准则中材料的等效应力σ等替换为所述第二流动应力模型，得到所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型；其中，所述断裂准则为Freudentahal断裂准则，所述Freudentahal断裂准则包括
其中C**表示所述材料的断裂特征值，
表示所述材料断裂时的等效应变，所述σ等表示所述材料的等效应力，dε表示所述材料的等效应变增量；
所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
其中，所述材料中晶粒的主分解剪切应力τR(ε)与所述材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)的转换关系为
其中，q1表示转换系数，q2表示转换指数。
其中，所述使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率之前，还包括：使用所述断裂模型计算所述材料的断裂特征值。
其中，所述材料包括铁、铜、铝、镁及其合金中的一种。
本发明第二方面提供了一种服务器，包括用于执行如本发明第一方面提供的预测方法的单元。
本发明第二方面提供的一种服务器，通过利用本发明第一方面提供的预测方法，可准确、简单，快捷地预测出材料是否发生了断裂。
本发明第三方面提供了一种服务器，包括存储器、处理器，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码来执行如本发明第一方面提供的预测方法。
本发明第三方面提供的一种服务器，通过所述处理器用于调用所述程序代码来执行如本发明第一方面提供的预测方法，可准确、简单，快捷地预测出材料是否发生了断裂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1为本发明实施例中预测方法的流程示意图；
图2a为本发明实施例中一种服务器的示意框图；
图2b为本发明另一实施例中一种服务器的示意框图；
图3为本发明实施例中一种服务器的结构示意图；
图4为本发明实施例中黄铜H65的静态塑性变形曲线图；
图5为本发明实施例中黄铜H65的动态塑性变形曲线图；
图6为本发明实施例中一号样品的结构示意图；
图7a为本发明实施例中二号样品的部分结构示意图；
图7b为本发明实施例中二号样品的其他部分结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
请参考图1，本发明提供了一种材料断裂的预测方法，包括：
步骤1：使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。
本发明所提到高应变速率是指材料的应变速率不小于7000s-1，而微尺度材料是指材料的直径不大于1mm。因此，本发明旨在提出一种高应变速率下微尺度材料断裂的预测方法。
本发明微观尺度下的应力模型为
其中，σ微表示微尺度材料的流动应力，Ns表示材料中表层晶粒的个数，Ni表示材料中里层晶粒的个数，N表示材料中总晶粒数，η表示材料的尺寸系数，尺寸系数为材料中表层晶粒的个数占材料中总晶粒数的比值，σs表示材料中表层晶粒的流动应力，σi表示材料中里层晶粒的流动应力。
传统的霍尔佩奇公式(Hall-Petch公式)为
其中，σy表示材料的屈服极限，σ0表示移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力，ky表示材料的晶粒常数，d表示材料的晶粒尺寸。同时传统的霍尔佩奇可变换为与流动应变相关的函数，来表达多晶体流动应力。因此变换后的霍尔佩奇公式为
②，其中，σi(ε)表示材料中里层晶粒的流动应力，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力。当材料的尺寸系数η接近1时，材料只含有表层晶粒，即只含有单晶体，此时霍尔佩奇公式为σs(ε)＝mτR(ε)①,其中，σs(ε)表示材料中表层晶粒的流动应力，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子。由于微观尺度的材料既有表层晶粒，也有里层晶粒，所以本发明的霍尔佩奇模型为：
本发明中使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型包括：将微观尺度下的应力模型中的材料中表层晶粒的流动应力σs和材料中里层晶粒的流动应力σi分别替换为霍尔佩奇模型中的与流动应变相关的材料中表层晶粒的流动应力σs(ε)和与流动应变相关的材料中里层晶粒的流动应力σi(ε)，得到第一流动应力模型。
步骤2：将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积。
JC模型即Johnson-Cook流动应力模型，它包括
其中，[A+Bεn]表示静态流动应力项，
表示应变速率项，
表示温度变化项。静态流动应力项与流动应力与流动应变有关。应变速率项与应变速率有关，而温度变化项与温度有关。A表示材料在参考应变速率和参考温度下的屈服强度，B表示应变强化系数，ε表示等效塑性应变，n表示硬化指数，C表示应变率敏感系数，
表示实验中应变速率，
表示参考应变速率，Tw表示实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示熔点温度，p表示温度指数。
由于[A+Bεn]表示静态流动应力项，因此可将[A+Bεn]整体替换为第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，第二流动应力模型为第一流动应力模型、应变速率项以及温度变化项的乘积。本发明中第一流动应力模型可适用微尺度材料，应变速率项可适用于高应变速率，所以第二流动应力模型可适用于微尺度材料在高应变速率下的环境。
步骤3：使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。
本发明中将断裂准则与第二流动应力模型结合起来，可实现微尺度材料在高应变速率的环境下与断裂的关系，得到一个高应变速率下微尺度材料的断裂模型，填补了微尺度材料在高应变速率下的断裂模型的空白。具体地，本发明是将断裂准则中的等效应力替换为第二流动应力模型，得到高应变速率下微尺度材料的断裂模型。
步骤4：使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
得到断裂模型之后，本发明即可使用断裂模型进而计算出材料的临界断裂应变速率。最后只需将材料的实际应变速率与材料的临界断裂应变速率进行简单的比较，即可判断出材料是否发生了断裂。如果材料的实际应变速率小于材料的临界断裂应变速率，那么材料将不会断裂；如果材料的实际应变速率不小于材料的临界断裂应变速率，那么材料将发生断裂。因此，本发明实施例可清楚、简单地预测出材料是否发生断裂。而且在生产加工中，操作人员也可根据材料的临界断裂应变速率去主动选择材料的实际应变速率，具有优异的指导作用。
本发明提供的预测方法，通过将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，使得第二流动应力模型可适用于高应变速率和微尺度材料的应用条件。因此，使用所述第二流动应力模型和断裂准则，可建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。再使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，最后将材料的实际应变速率与材料的临界断裂应变速率进行比较，预测出材料是否会发生断裂，极大地提高了预测的准确性，也为生产加工提供了理论基础。
本发明优选实施方式中，所述第一流动应力模型包括
其中，σ第一表示第一流动应力，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数。
本发明的第一流动应力模型不仅适用于微尺度的材料，同时也适用于宏观尺度的材料。当材料为宏观尺度的材料时，尺寸系数η约为零，因此第一流动应力也就变成了
即传统的霍尔佩奇公式。
本发明优选实施方式中，第二流动应力模型包括
其中，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数，C表示所述材料的应变率敏感系数，
表示所述材料的实验中应变速率，
表示所述材料的参考应变速率，Tw表示所述材料的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示所述材料的熔点温度，p表示所述材料的温度指数。
本发明优选实施方式中，所述第二流动应力模型还包括修正系数，所述修正系数用于修正所述应变速率项。由于本发明要预测飞刀在切削过程中切屑提前断裂的问题，而切屑由于普遍较薄，而且材料一般为金属制材料，所以切削的导热能力良好。因此，温度不会对断裂产生很大的影响，温度变化项
是准确的，因此不需要进行修正。而第二流动应力模型中的应变速率项
在高应变速率下会出现一些偏差，因此，本发明中第二流动应力模型还包括修正系数，所述修正系数用于修正所述应变速率项，以使应变速率项在高应变速率下同样适用，提高第二流动应力模型的准确性。
本发明优选实施方式中，所述修正系数为[1+lnη]，其中，η表示所述材料的尺寸系数。当本发明提供的修正系数为[1+lnη]，可有效地提高第二流动应力模型的准确性。
本发明优选实施方式中，所述修正系数为
其中，D表示修正常数，η表示所述材料的尺寸系数，η宏表示宏观样品的尺寸系数。当本发明提供的修正系数为
时，可进一步地提高第二流动应力模型的准确性。因此，所述本发明的第二流动应力模型包括
其中，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数，C表示所述材料的应变率敏感系数，
表示所述材料的实验中应变速率，
表示所述材料的参考应变速率，D表示修正常数，η宏表示宏观样品的尺寸系数，Tw表示所述材料的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示所述材料的熔点温度，p表示所述材料的温度指数。同时从上述可知，本发明提供的第二流动应力模型不仅适用于微观尺度材料在高应变速率的条件下，也适用于宏观尺度材料在低或高应变速率下。
本发明优选实施方式中，所述材料包括铁、铜、铝、镁及其合金中的一种。本发明中当材料包括铁、铜、铝、镁及其合金中的一种时，在飞刀切削加工时，材料的导热性能优异，热量会很快地传导出去，使得温度变化项
是准确的，进而不需要进行修正。
本发明优选实施方式中，断裂准则为Freudentahal断裂准则，所述Freudentahal断裂准则包括
其中C**表示所述材料的断裂特征值，
表示所述材料断裂时的等效应变，σ等表示所述材料的等效应力，dε表示所述材料的等效应变增量。
本发明的技术领域为飞刀切削加工技术领域，而飞刀在切削材料表面时，此时切屑主要是受到压缩为主的塑性变形。而Freudentahal断裂准则在所有耦合及非耦合的断裂准则中所预测的压缩为主的断裂应变最为准确的。
本发明优选实施方式中，所述使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
将所述Freudentahal断裂准则中所述材料的等效应力σ等替换为所述第二流动应力模型，得到所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型；
所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
，其中，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数，C表示所述材料的应变率敏感系数，
表示所述材料的实验中应变速率，
表示所述材料的参考应变速率，D表示修正常数，η宏表示宏观样品的尺寸系数，Tw表示所述材料的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示所述材料的熔点温度，p表示所述材料的温度指数,C**表示所述材料的断裂特征值。
请参考图4-图5。上述断裂模型中，材料的应变率敏感系数C，修正常数D和材料的温度指数p可通过材料的静态塑性变形曲线和材料的动态塑性变形曲线拟合得到。而材料中晶粒的主分解剪切应力τR(ε)和材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)可通过材料的静态塑性变形曲线中得到。例如图4为黄铜H65的静态塑性变形曲线图，图5为黄铜H65的静态塑性变形曲线图。
本发明优选实施方式中，所述材料中晶粒的主分解剪切应力τR(ε)与所述材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)的转换关系为
其中，q1表示转换系数，q2表示转换指数。本发明中可将主分解剪切应力τR(ε)与材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)进行转换，以便于计算材料的临界断裂应变速率。
本发明优选实施方式中，所述使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率之前，还包括：使用所述断裂模型计算所述材料的断裂特征值。本发明提供的断裂模型，只需提供等号左边的具体数值，即可计算出材料的断裂特征值，而再通过材料的断裂特征值还可以计算出材料的临界断裂应变速率。
本发明实施例提供的一种服务器，包括用于执行如本发明实施例提供的预测方法的单元。本发明实施例提供的一种服务器，通过利用本发明第一方面提供的预测方法的单元，可准确、简单，快捷地预测出材料是否发生了断裂。
具体请参见图2a，图2a是本发明实施例提供的一种服务器的示意框图。本实施例的服务器包括：第一建立单元201，替换单元202，第二建立单元203，第一计算单元204。
上述第一建立单元201，用于使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。
上述替换单元202，用于将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积。
上述第二建立单元203，用于使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。
上述第一计算单元204，用于使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
可选地，所述第二流动应力模型还包括修正系数，所述修正系数用于修正所述应变速率项。
可选地，所述修正系数为[1+lnη]，其中，η表示所述材料的尺寸系数。
可选地，所述修正系数为
其中，D表示修正常数，η表示所述材料的尺寸系数，η宏表示宏观样品的尺寸系数。
本发明实施例中第二建立单元203具体用于：将所述断裂准则中材料的等效应力σ等替换为所述第二流动应力模型，得到所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型；其中，所述断裂准则为Freudentahal断裂准则，所述Freudentahal断裂准则包括
其中C**表示所述材料的断裂特征值，
表示所述材料断裂时的等效应变，所述σ等表示所述材料的等效应力，dε表示所述材料的等效应变增量；
所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
，其中，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数，C表示所述材料的应变率敏感系数，
表示所述材料的实验中应变速率，
表示所述材料的参考应变速率，D表示修正常数，η宏表示宏观样品的尺寸系数，Tw表示所述材料的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示所述材料的熔点温度，p表示所述材料的温度指数,C**表示所述材料的断裂特征值。
可选地，所述材料中晶粒的主分解剪切应力τR(ε)与所述材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)的转换关系为
其中，q1表示转换系数，q2表示转换指数。
请参见图2b，本发明实施例提供的服务器还包括第二计算单元205，上述第二计算单元205用于所述使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率之前，：使用所述断裂模型计算所述材料的断裂特征值。
可选地，所述材料包括铁、铜、铝、镁及其合金中的一种。
本发明实施例提供的一种服务器，具体请参见图3，包括存储器304、处理器301，其中，所述存储器304用于存储程序代码，所述处理器301用于调用所述程序代码来执行如本发明实施例提供的预测方法。本发明实施例提供的一种服务器，通过所述处理器301用于调用所述程序代码来执行如本发明实施例提供的预测方法，可准确、简单，快捷地预测出材料是否发生了断裂。
图3为本申请实施例提供的一种设备，该设备可以为服务器，如图3所示的服务器包括：一个或多个处理器301，一个或多个输入设备302，一个或多个输出设备303，和存储器304。上述处理器301，输入设备302，输出设备303和存储器304通过总线305连接。存储器304用于存储指令，处理器301用于执行存储器304存储的指令。
其中，该设备作为服务器使用的情况下，处理器301用于：使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积。使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
应当理解，在本申请实施例中，所称处理器301可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器301还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备302可以包括天线，输出设备303可以包括显示器(例如，液晶显示器Liquid Crystal Display，LCD)等)、天线等等。
该存储器304可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器301提供指令和数据。存储器304的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器304还可以存储设备类型的信息。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现：使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积。使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
上述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例上述的终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。上述计算机可读存储介质也可以是上述终端的外部存储设备，例如上述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，上述计算机可读存储介质还可以既包括上述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。上述计算机可读存储介质用于存储上述计算机程序以及上述终端所需的其他程序和数据。上述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本申请实施例还提供了一种计算机程序，该计算机程序包括程序指令，所述程序指令为当被处理器执行时使所述处理器执行本发明实施例提供的预测方法。具体地，上述计算机程序被处理器执行时实现：使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积。使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型。使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、服务器、服务器和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、服务器和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
接下来，本发明将提供一个具体的实施例来进一步阐述上述的实施例。
实施例1
一种材料断裂的预测方法，包括以下步骤：
步骤1：提供黄铜H65材料，使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型。由文献可知材料中单晶体晶粒的方向因子m为2，材料中多晶体晶粒的方向因子M为3.06，并通过耦合计算可知，第一流动应力模型为
其中，黄铜H65的平均晶粒尺寸为16μm，η表示黄铜H65的尺寸系数，ε表示黄铜H65的应变速率。
步骤2：将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，并对应变速率项进行修正，得到第二流动应力模型。其中，可通过图4黄铜H65的静态塑性变形曲线图和图5黄铜H65的动态塑性变形曲线图拟合计算出黄铜H65的应变率敏感系数C、修正常数D和温度指数p分别为C＝0.04，D＝0.28，p＝1.11。还可通过黄铜H65的静态塑性变形曲线图计算出τR(ε)和k(ε)。因此，第二流动应力模型为：
其中，
表示黄铜H65的实验中应变速率，
表示黄铜H65的参考应变速率，η宏表示宏观样品的尺寸系数，Tw表示黄铜H65的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示黄铜H65的熔点温度。
步骤3：将Freudentahal断裂准则
中黄铜H65的等效应力σ等替换为第二流动应力模型，得到高应变速率下微尺度材料的断裂模型，断裂模型为
其中，
表示黄铜H64断裂时的等效应变，dε表示黄铜H65的等效应变增量。
步骤4：根据具体的实验参数，将其他相关实验数据代入步骤3的断裂模型中，通过上述数值可计算出黄铜H65的断裂特征值。
步骤5：通过计算出来的黄铜H65的断裂特征值，并根据步骤4中的相关实验数据，再通过步骤3中的断裂模型可计算出黄铜H65的临界断裂应变速率。最后将黄铜H65的临界断裂应变速率与黄铜H65的实际断裂应变速率进行比较，若黄铜H65的实际断裂应变速率小于黄铜H65的临界断裂应变速率，则黄铜H65并未发生断裂。若黄铜H65的实际断裂应变速率不小于黄铜H65的临界断裂应变速率，则黄铜H65已经发生了断裂。
效果实施例
取一号样品和二号样品，一号样品为直径2mm、尺寸系数为2％的黄铜H65，二号样品为直径为1mm，尺寸系数为15.4％的黄铜H65，通过实施例1可知黄铜H65的断裂特征值为685，通过实施例1还可计算出，一号样品的临界断裂应变速率为9452s-1，二号样品的临界断裂应变速率为9996s-1。然后对一号样品和二号样品施加0.1MPa的气压进行霍普金森杆实验，可由应变与时间的函数计算得到一号样品的实际应变速率为6800s-1，二号样品的实际应变速率为12400s-1。因此可以判断出一号样品不会发生断裂，二号样品会发生断裂。从图6、图7a，图7b就可以明显地看出上述结论。从图6中可以看出，一号样品并未发生断裂，而二号样品已经断裂成了两半，一部分如图7a所示，另一部分如图7b所示。因此，本发明提供的预测方法可简单，快捷地预测出材料是否会断裂。
以上对本发明实施方式所提供的内容进行了详细介绍，本文对本发明的原理及实施方式进行了阐述与说明，以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种材料断裂的预测方法，其特征在于，包括：
使用微观尺度下的应力模型和霍尔佩奇模型，建立第一流动应力模型，所述第一流道应力模型应用于直径不大于1mm的材料；
将JC模型中的静态流动项替换为所述第一流动应力模型，得到第二流动应力模型，所述JC模型为所述静态流动应力项、应变速率项以及温度变化项的乘积，所述应变速率项中的材料应变速率不小于7000s-1；所述第二流动应力模型还包括修正系数，所述修正系数用于修正所述应变速率项，所述修正系数为[1+lnη]，其中，η表示所述材料的尺寸系数；
使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型；
使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率，所述临界断裂应变速率用于与材料的实际应变速率进行比较，以预测所述材料是否发生断裂。
2.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述修正系数为
其中，D表示修正常数，η表示所述材料的尺寸系数，η宏表示宏观样品的尺寸系数。
3.如权利要求2所述的预测方法，其特征在于，所述使用所述第二流动应力模型和断裂准则，建立高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
将所述断裂准则中材料的等效应力σ等替换为所述第二流动应力模型，得到所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型；其中，所述断裂准则为Freudentahal断裂准则，所述Freudentahal断裂准则包括
其中C**表示所述材料的断裂特征值，
表示所述材料断裂时的等效应变，所述σ等表示所述材料的等效应力，dε表示所述材料的等效应变增量；
所述高应变速率下微尺度材料的断裂模型包括：
其中，M表示所述材料中多晶体晶粒的方向因子，m表示所述材料中单晶体晶粒的方向因子，τR(ε)表示所述材料中晶粒的主分解剪切应力，k(ε)表示所述材料中晶粒边界的抵抗应力，d表示所述材料的晶粒尺寸，η表示所述材料的尺寸系数，C表示所述材料的应变率敏感系数，
表示所述材料的实验中应变速率，
表示所述材料的参考应变速率，D表示修正常数，η宏表示宏观样品的尺寸系数，Tw表示所述材料的实验温度，Tr表示参考温度，Tm表示所述材料的熔点温度，p表示所述材料的温度指数,C**表示所述材料的断裂特征值。
4.如权利要求3所述的预测方法，其特征在于，所述材料中晶粒的主分解剪切应力τR(ε)与所述材料中晶粒边界的抵抗应力k(ε)的转换关系为τR(ε)＝q1k(ε)q2，其中，q1表示转换系数，q2表示转换指数。
5.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述使用所述断裂模型计算所述材料的临界断裂应变速率之前，还包括：使用所述断裂模型计算所述材料的断裂特征值。
6.如权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述材料包括铁、铜、铝、镁及其合金中的一种。
7.一种服务器，其特征在于，包括用于执行如权利要求1-6任一项权利要求所述的预测方法的单元。
8.一种服务器，其特征在于，包括存储器、处理器，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码来执行如权利要求1-6任一项所述的预测方法。
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