CN111680437B - 一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法 - Google Patents

一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法 Download PDF

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CN111680437B CN202010410446.7A CN202010410446A CN111680437B CN 111680437 B CN111680437 B CN 111680437B CN 202010410446 A CN202010410446 A CN 202010410446A CN 111680437 B CN111680437 B CN 111680437B
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Abstract

本发明公开了一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，属于发动机技术领域，本发明通过建立发动机缸盖热机疲劳分析用材料本构参数模型，可以进行高精度的热机疲劳CAE仿真分析；具体地是通过将材料组合硬化特性分解为运动硬化项参数和各项同性硬化项参数，每个硬化项通过两个参数即可定义，参数获取方式简单，无需迭代即可得到和试验结果吻合较好的材料本构参数，通过由试验测试获得材料各个温度下恒温低周回滞曲线参数后，拟合获得发动机缸盖热机疲劳分析用的材料高低温本构参数。

Description

一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法。
背景技术
汽油机增压技术导致缸盖结构热负荷增加，温度幅值和机械载荷幅值增大，四气门铸铝材料缸盖鼻梁区的热机疲劳开裂失效风险日益凸显，消除这种隐患的最有效手段是在缸盖结构设计阶段进行热机疲劳寿命预测，支撑结构优化设计。热机疲劳寿命预测需要的一大核心是能对发动机热机疲劳循环工况做出有效响应的材料本构模型，来获得危险截面处的应力应变滞后回线。
现有技术通过采用Chaboche统一粘塑性本构模型来确定材料本构关系，包含11项参数，需通过参数初值定义及参数优化拟合，并通过编写UMAT子程序进行应用，方法复杂，收敛效果较差。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，本发明通过建立发动机缸盖热机疲劳分析用材料本构参数模型，可以进行高精度的热机疲劳CAE仿真分析；具体地是通过将材料组合硬化特性分解为运动硬化项参数和各项同性硬化项参数，每个硬化项通过两个参数即可定义，参数获取方式简单，无需迭代即可得到和试验结果吻合较好的材料本构参数，通过由试验测试获得材料各个温度下恒温低周回滞曲线参数后，拟合获得发动机缸盖热机疲劳分析用的材料高低温本构参数。
本发明通过如下技术方案实现：
一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，具体步骤如下：
步骤一：参照GB-T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》，采用应变控制法循环加载，测试获得发动机常用温度范围下的铸铝材料的恒温低周材料应力-应变回滞曲线、应力-塑性应变回滞曲线、半寿命时应力-应变滞回曲线以及半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线；
步骤二：铸铝材料在循环加载时呈现组合硬化特性，该特性包括运动硬化及各向同性硬化；
所述运动硬化项由
Figure BDA0002492952490000021
表示，其中，σi表示运动硬化项应力，
Figure BDA0002492952490000022
表示σi相对应的运动硬化项塑性应变，参数可由材料半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线量取获得；
所述各向同性硬化项由
Figure BDA0002492952490000023
表示，其中，
Figure BDA0002492952490000024
表示各向同性硬化项等效应力，
Figure BDA0002492952490000025
表示
Figure BDA0002492952490000026
相对应的等效塑性应变，参数可由循环应力-塑性应变曲线量取或计算获得；
步骤三：分别选取不同温度，重复步骤一-步骤二，获得铸铝材料在不同温度下的组合硬化特性，组合硬化特性即为铸铝材料在不同温度下的恒温低周材料本构模型；
步骤四：为获得材料高低温变温工况下的本构参数，引入温度场变量，通过各个温度下的恒温低周材料本构参数，构造覆盖发动机缸盖铸铝材料在常用温度的变温条件下的材料本构参数。
进一步地，步骤一所述的常用温度范围为室温～300℃。
进一步地，选取恒温低周测试温度时，为保证所选取温度点覆盖发动机缸盖结构温度，同时考虑降低试验成本，通常步骤一所述的常用温度选取室温、100℃、200℃、300℃四个温度点进行测量。
进一步地，步骤二中所述运动硬化项
Figure BDA0002492952490000031
其中，σi可直接量取，量取段为半寿命时材料应力应变曲线中加载的塑性段，见附图2-a的AB段，
Figure BDA0002492952490000032
通过式(1)计算得到；σ1半寿命时材料应力应变曲线中加载塑性段的起点；
Figure BDA0002492952490000033
其中，下角标i表示半寿命时材料应力应变曲线上的i点，
Figure BDA0002492952490000034
为半寿命应力-应变滞回曲线中i点的等效塑性应变，εi为i点的应变，σi为i点的应力，E为材料的弹性模量，
Figure BDA0002492952490000035
为最小塑性应变。
进一步地，步骤二中所述各向同性硬化项
Figure BDA0002492952490000036
由式(2)、式(3)计算得到；
Figure BDA0002492952490000037
Figure BDA0002492952490000038
其中，i为循环周次，
Figure BDA0002492952490000039
为第i个滞回曲线加载段应力峰值，
Figure BDA00024929524900000310
为第一个滞回曲线卸载段起始点应力，Δε为应变幅，E为材料的弹性模量。
进一步地，所述
Figure BDA0002492952490000041
采用半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线的最大应力点与最小应力点连线逆时针旋转45°与曲线的交点确定为
Figure BDA0002492952490000042
进一步地，步骤四中所述的拟合采用ABAQUS软件。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明通过将材料组合硬化特性分解为运动硬化项参数和各项同性硬化项参数，每个硬化项通过两个参数即可定义，参数获取方式简单，无需迭代即可得到和试验结果吻合较好的材料本构参数，通过由试验测试获得材料各个温度下恒温低周回滞曲线参数后，拟合获得发动机缸盖热机疲劳分析用的材料高低温本构参数；
本发明在试验获得材料各温度下的恒温低周回滞曲线后，循环硬化项参数可直接通过两个关键参数的定义获得，参数少，拟合精度高。
附图说明
图1为铸铝材料室温恒温低周应力-应变曲线；
图2为运动硬化项和各向同性硬化项的曲线图；
其中：a为运动硬化项，b为各向同性硬化项；
图3为铸铝室温恒温低周半寿命应力-应变迟滞回线图；
图4为铸铝室温恒温低周半寿命应力-塑性应变曲线；
图5为铸铝材料100℃恒温低周应力-应变曲线；
图6为铸铝100℃恒温低周半寿命应力-应变迟滞回线图；
图7为铸铝100℃温低周半寿命应力-塑性应变曲线；
图8为室温恒温低周拟合精度示意图；
图9为100℃恒温低周拟合精度示意图；
图10为200℃恒温低周拟合精度示意图；
图11为300℃恒温低周拟合精度示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
一种发动机缸盖用铸铝材料室温恒温低周本构参数模型建立方法，具体步骤如下：
步骤一：参照GB-T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》，采用应变控制法循环加载，测试获得发动机常用温度(室温～300℃)下的铸铝材料的恒温低周材料应力-应变回滞曲线、应力-塑性应变回滞曲线、半寿命时应力-应变滞回曲线以及半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线；确定恒温低周应变幅值时，需结合低周寿命测试结果进行选择，低周寿命测试结果建议在102～104之间；在由低周应力-应变迟滞回线获得应力-塑性应变曲线时，弹性应变采用单调拉伸弹性模量进行计算；如图1所示。该材料在循环加载时呈现组合硬化特性，该特性既包括运动硬化，也包括各向同性硬化。
步骤二：运动硬化项可由
Figure BDA0002492952490000051
表示，其中，σi表示运动硬化项应力，
Figure BDA0002492952490000052
表示σi相对应的运动硬化项塑性应变。运动硬化项理论上可由如图2(a)所示的半寿命应力滞回曲线的加载屈服段获得，但实测的材料半寿命滞回曲线形状如图3所示，循环加载弹性段和屈服段无明显拐点，即σ1的选取变得困难。
在本发明将加载段应力为0的点作为σ1，并进一步通过式(1)确定
Figure BDA0002492952490000053
所述运动硬化项由
Figure BDA0002492952490000061
其中，，σi可直接量取，量取段见附图2-a的AB段,
Figure BDA0002492952490000062
通过式(1)计算得到。σi的选择是该硬化项参数确定的关键。
Figure BDA0002492952490000063
其中，
Figure BDA0002492952490000064
为半寿命应力-应变滞回曲线中i点的等效塑性应变，εi为i点的应变，σi为i点的应力，E为材料的弹性模量，
Figure BDA0002492952490000065
为最小塑性应变；
在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*PLASTIC,HARDENING＝COMBINED,DATA TYPE＝STABILIZED
17.13496 , 0.0
22.11213 , 2.96716E-05
26.97152 , 4.38797E-05
31.81894 , 6.33475E-05
36.30044 , 8.16941E-05
40.84796 , 0.000105261
45.39266 , 0.000121565
49.80228 , 0.00014827
53.92033 , 0.000170762
57.72965 , 0.000194371
61.47896 , 0.000216581
65.34406 , 0.000243846
69.09536 , 0.000273729
72.55761 , 0.000302265
76.12861 , 0.000331952
79.82769 , 0.000365531
83.32323 , 0.000400124
86.907 , 0.00043474
90.3498 , 0.000471136
93.63657 , 0.000508212
96.85616 , 0.000550885
99.98344 , 0.000591287
103.05468 , 0.000628638
106.16755 , 0.000669533
109.06435 , 0.000712209
112.13296 , 0.000755294
114.94603 , 0.000794886
117.82922 , 0.000838644
120.79774 , 0.000885463
123.44183 , 0.000933609
126.16763 , 0.000974665
128.83268 , 0.001024531
131.33048 , 0.001071627
133.94191 , 0.001117408
136.52353 , 0.001166286
139.05113 , 0.001214785
141.42729 , 0.001264203
143.87908 , 0.001315412
146.44862 , 0.001366352
148.81 , 0.001419967
151.01639 , 0.001470848
153.26942 , 0.001526108
155.60105 , 0.001578419
157.75245 , 0.001634034
159.86143 , 0.001692814
161.86261 , 0.001746432
164.07917 , 0.001802478
165.93163 , 0.001860078
167.88849 , 0.001914587
169.7413 , 0.001976683
171.50451 , 0.002033873
173.44724 , 0.00209317
175.0334 , 0.002152621
176.64247 , 0.002214767
178.25709 , 0.002272739
179.96129 , 0.002335316
181.29383 , 0.002397149
182.84994 , 0.002459901
184.20607 , 0.002521519
185.68814 , 0.002584258
186.91483 , 0.002650502
188.23914 , 0.002714945
189.095 , 0.002777133
步骤三：各向同性硬化项可由
Figure BDA0002492952490000081
表示，其中，
Figure BDA0002492952490000082
表示各向同性硬化项等效应力，
Figure BDA0002492952490000083
表示
Figure BDA0002492952490000084
相对应的等效塑性应变。
Figure BDA0002492952490000085
可由图2(b)直接量取，
Figure BDA0002492952490000086
的取法为：实际得到的材料塑性应变-应力曲线如图4所示，本专利采用半寿命塑性应变应力曲线最大应力点与最小应力点连线逆时针旋转45°与曲线的交点确定为
Figure BDA0002492952490000087
进一步通过式(2)确定
Figure BDA0002492952490000088
通过式(3)确定
Figure BDA0002492952490000089
在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*CYCLIC HARD
107.23621 , 0.0
111.38682 , 0.00731548
113.26355 , 0.013167864
114.2453 , 0.019020248
114.65921 , 0.024872632
115.10791 , 0.030725016
115.48524 , 0.0365774
115.94647 , 0.042429784
116.28391 , 0.048282168
步骤四：将步骤二和步骤三获得的两种硬化项参数组合，获得组合硬化项参数，在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*PLASTIC,HARDENING＝COMBINED,DATA TYPE＝STABILIZED
17.13496 , 0.0
22.11213 , 2.96716E-05
26.97152 , 4.38797E-05
31.81894 , 6.33475E-05
36.30044 , 8.16941E-05
40.84796 , 0.000105261
45.39266 , 0.000121565
49.80228 , 0.00014827
53.92033 , 0.000170762
57.72965 , 0.000194371
61.47896 , 0.000216581
65.34406 , 0.000243846
69.09536 , 0.000273729
72.55761 , 0.000302265
76.12861 , 0.000331952
79.82769 , 0.000365531
83.32323 , 0.000400124
86.907 , 0.00043474
90.3498 ,0.000471136
93.63657 , 0.000508212
96.85616 , 0.000550885
99.98344 , 0.000591287
103.05468 , 0.000628638
106.16755 , 0.000669533
109.06435 , 0.000712209
112.13296 , 0.000755294
114.94603 , 0.000794886
117.82922 , 0.000838644
120.79774 , 0.000885463
123.44183 , 0.000933609
126.16763 , 0.000974665
128.83268 , 0.001024531
131.33048 , 0.001071627
133.94191 , 0.001117408
136.52353 , 0.001166286
139.05113 , 0.001214785
141.42729 , 0.001264203
143.87908 , 0.001315412
146.44862 , 0.001366352
148.81 , 0.001419967
151.01639 , 0.001470848
153.26942 , 0.001526108
155.60105 , 0.001578419
157.75245 , 0.001634034
159.86143 , 0.001692814
161.86261 , 0.001746432
164.07917 , 0.001802478
165.93163 , 0.001860078
167.88849 , 0.001914587
169.7413 , 0.001976683
171.50451 , 0.002033873
173.44724 , 0.00209317
175.0334 , 0.002152621
176.64247 , 0.002214767
178.25709 , 0.002272739
179.96129 , 0.002335316
181.29383 , 0.002397149
182.84994 , 0.002459901
184.20607 , 0.002521519
185.68814 , 0.002584258
186.91483 , 0.002650502
188.23914 , 0.002714945
189.095 , 0.002777133
*CYCLIC HARD
107.23621 , 0.0
111.38682 , 0.00731548
113.26355 , 0.013167864
114.2453 , 0.019020248
114.65921 , 0.024872632
115.10791 , 0.030725016
115.48524 , 0.0365774
115.94647 , 0.042429784
116.28391 , 0.048282168
至此，即获得了铸铝材料室温恒温低周材料本构参数。将材料硬化参数带入有限元模型进行计算，和试验数据对比见图5，一致性很好。
实施例2
一种发动机缸盖用铸铝材料100℃恒温低周本构参数模型建立方法，具体步骤如下：
步骤一：参照GB-T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》，采用应变控制法循环加载，测试获得发动机100℃下的恒温低周材料回滞曲线以及半寿命应力应变滞回曲线，如图5所示。该材料在循环加载时呈现组合硬化特性，该特性既包括运动硬化，也包括各向同性硬化。
步骤二：运动硬化项可由
Figure BDA0002492952490000111
表示，其中，σi表示运动硬化项应力，
Figure BDA0002492952490000112
表示σi相对应的运动硬化项塑性应变。运动硬化项理论上可由如图2(a)所示的半寿命应力滞回曲线的加载屈服段获得，但实测的材料半寿命滞回曲线形状如图6所示，循环加载弹性段和屈服段无明显拐点，即σ1的选取变得困难。
在本发明将加载段应力为0的点作为σ1，并进一步通过式(1)确定
Figure BDA0002492952490000113
所述运动硬化项由
Figure BDA0002492952490000114
其中，，σi可直接量取，量取段见附图2-a的AB段,
Figure BDA0002492952490000115
通过式(1)计算得到。σ1的选择是该硬化项参数确定的关键。
Figure BDA0002492952490000116
其中，
Figure BDA0002492952490000117
为半寿命应力-应变滞回曲线中i点的等效塑性应变，εi为i点的应变，σi为i点的应力，E为材料的弹性模量，
Figure BDA0002492952490000118
为最小塑性应变；
在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*PLASTIC,HARDENING＝COMBINED,DATA TYPE＝STABILIZED
26.11602 , 0
31.38986 , 2.95E-05
36.66371 , 3.79E-05
42.04407 , 6.17E-05
47.25443 , 8.20E-05
52.42699 , 0.000106222
57.47687 , 0.000134846
62.58073 , 0.00016073
67.74473 , 0.00019019
72.75895 , 0.000217902
77.76461 , 0.000254731
82.88534 , 0.000284084
87.91335 , 0.000323608
92.86123 , 0.000373528
97.63722 , 0.000410104
102.28958 , 0.000460073
106.83495 , 0.000506108
111.333 ,0.00055709
115.79159 , 0.000612414
120.17006 , 0.000665935
124.3752 , 0.00072053
128.53731 , 0.000778815
132.53561 , 0.000842444
136.55649 , 0.000903363
140.39169 , 0.000963326
144.10136 , 0.001034909
147.71711 , 0.001098778
151.27462 , 0.001160745
154.78552 , 0.00123355
158.18278 , 0.001301513
161.39174 , 0.001374854
164.6442 , 0.0014494
167.8194 , 0.001523904
170.8139 , 0.001598584
173.73161 , 0.001680215
176.58465 , 0.001754432
179.29076 , 0.001845662
181.93125 , 0.001924391
184.4978 , 0.002009233
186.94737 , 0.002095177
188.98491 , 0.002180166
190.54077 , 0.002260452
191.6827 , 0.00231811
192.35483 , 0.002370402
192.74142 , 0.002405507
步骤三：各向同性硬化项可由
Figure BDA0002492952490000131
表示，其中，
Figure BDA0002492952490000132
表示各向同性硬化项等效应力，
Figure BDA0002492952490000133
表示
Figure BDA0002492952490000134
相对应的等效塑性应变。
Figure BDA0002492952490000135
可由图2(b)直接量取，
Figure BDA0002492952490000136
的取法为：实际得到的材料塑性应变-应力曲线如图4所示，本专利采用半寿命塑性应变应力曲线最大应力点与最小应力点连线逆时针旋转45°与曲线的交点确定为
Figure BDA0002492952490000137
进一步通过式(2)确定
Figure BDA0002492952490000138
通过式(3)确定
Figure BDA0002492952490000139
在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*CYCLIC HARD
112.72785 , 0
114.35806 , 0.006845767
114.73039 , 0.012322381
116.73482 , 0.017798995
118.47179 , 0.023275608
120.0856 , 0.028752222
121.36162 , 0.034228836
122.4629 , 0.039705449
123.44743 , 0.045182063
124.23773 , 0.050658677
125.62282 , 0.05613529
128.31746 , 0.061611904
129.30181 , 0.067088518
步骤四：将步骤二和步骤三获得的两种硬化项参数组合，获得组合硬化项参数，在ABAQUS中，关键字及参数定义如下：
*PLASTIC,HARDENING＝COMBINED,DATA TYPE＝STABILIZED
17.13496 , 0.0
22.11213 , 2.96716E-05
26.97152 , 4.38797E-05
31.81894 , 6.33475E-05
36.30044 , 8.16941E-05
40.84796 , 0.000105261
45.39266 , 0.000121565
49.80228 , 0.00014827
53.92033 , 0.000170762
57.72965 , 0.000194371
61.47896 , 0.000216581
65.34406 , 0.000243846
69.09536 , 0.000273729
72.55761 , 0.000302265
76.12861 , 0.000331952
79.82769 , 0.000365531
83.32323 , 0.000400124
86.907 , 0.00043474
90.3498 , 0.000471136
93.63657 , 0.000508212
96.85616 , 0.000550885
99.98344 , 0.000591287
103.05468 , 0.000628638
106.16755 , 0.000669533
109.06435 , 0.000712209
112.13296 , 0.000755294
114.94603 , 0.000794886
117.82922 , 0.000838644
120.79774 , 0.000885463
123.44183 , 0.000933609
126.16763 , 0.000974665
128.83268 , 0.001024531
131.33048 , 0.001071627
133.94191 , 0.001117408
136.52353 , 0.001166286
139.05113 , 0.001214785
141.42729 , 0.001264203
143.87908 , 0.001315412
146.44862 , 0.001366352
148.81 , 0.001419967
151.01639 , 0.001470848
153.26942 , 0.001526108
155.60105 , 0.001578419
157.75245 , 0.001634034
159.86143 , 0.001692814
161.86261 , 0.001746432
164.07917 , 0.001802478
165.93163 , 0.001860078
167.88849 , 0.001914587
169.7413 , 0.001976683
171.50451 , 0.002033873
173.44724 , 0.00209317
175.0334 , 0.002152621
176.64247 , 0.002214767
178.25709 , 0.002272739
179.96129 , 0.002335316
181.29383 , 0.002397149
182.84994 , 0.002459901
184.20607 , 0.002521519
185.68814 , 0.002584258
186.91483 , 0.002650502
188.23914 , 0.002714945
189.095 , 0.002777133
*CYCLIC HARD
107.23621 , 0.0
111.38682 , 0.00731548
113.26355 , 0.013167864
114.2453 , 0.019020248
114.65921 , 0.024872632
115.10791 , 0.030725016
115.48524 , 0.0365774
115.94647 , 0.042429784
116.28391 , 0.048282168
至此，即获得了铸铝材料100℃恒温低周材料本构参数。将材料硬化参数带入有限元模型进行计算，和试验数据对比见图6，一致性很好。
高低温材料组合硬化参数建立实施例
步骤一：通过上述实施例1和实施例2，获得材料室温及100℃时恒温低周材料本构参数；
步骤二；以上获得了材料各个温度下的通过上述方法拟合获得各个温度点的恒温低周材料本构参数，然后引入温度场变量，将恒温低周材料本构参数构造为高低温材料本构参数模型，参数模型如下：
*PLASTIC,HARDENING＝COMBINED,DATA TYPE＝STABILIZED
17.13496 , 0.0 ,25
22.11213 , 2.96716E-05 ,25
26.97152 , 4.38797E-05 ,25
31.81894 , 6.33475E-05 ,25
36.30044 , 8.16941E-05 ,25
40.84796 , 0.000105261 ,25
45.39266 , 0.000121565 ,25
49.80228 , 0.00014827 ,25
53.92033 , 0.000170762 ,25
57.72965 , 0.000194371 ,25
61.47896 , 0.000216581 ,25
65.34406 , 0.000243846 ,25
69.09536 , 0.000273729 ,25
72.55761 , 0.000302265 ,25
76.12861 , 0.000331952 ,25
79.82769 , 0.000365531 ,25
83.32323 , 0.000400124 ,25
86.907 , 0.00043474 ,25
90.3498 , 0.000471136 ,25
93.63657 , 0.000508212 ,25
96.85616 , 0.000550885 ,25
99.98344 , 0.000591287 ,25
103.05468 , 0.000628638 ,25
106.16755 , 0.000669533 ,25
109.06435 , 0.000712209 ,25
112.13296 , 0.000755294 ,25
114.94603 ,0.000794886 ,25
117.82922 ,0.000838644 ,25
120.79774 ,0.000885463 ,25
123.44183 ,0.000933609 ,25
126.16763 ,0.000974665 ,25
128.83268 ,0.001024531 ,25
131.33048 ,0.001071627 ,25
133.94191 ,0.001117408 ,25
136.52353 ,0.001166286 ,25
139.05113 ,0.001214785 ,25
141.42729 ,0.001264203 ,25
143.87908 ,0.001315412 ,25
146.44862 ,0.001366352 ,25
148.81 ,0.001419967 ,25
151.01639 ,0.001470848 ,25
153.26942 ,0.001526108 ,25
155.60105 ,0.001578419 ,25
157.75245 ,0.001634034 ,25
159.86143 ,0.001692814 ,25
161.86261 ,0.001746432 ,25
164.07917 ,0.001802478 ,25
165.93163 ,0.001860078 ,25
167.88849 ,0.001914587 ,25
169.7413 ,0.001976683 ,25
171.50451 ,0.002033873 ,25
173.44724 ,0.00209317 ,25
175.0334 ,0.002152621 ,25
176.64247 ,0.002214767 ,25
178.25709 ,0.002272739 ,25
179.96129 ,0.002335316 ,25
181.29383 ,0.002397149 ,25
182.84994 ,0.002459901 ,25
184.20607 ,0.002521519 ,25
185.68814 ,0.002584258 ,25
186.91483 ,0.002650502 ,25
188.23914 ,0.002714945 ,25
189.095 ,0.002777133 ,25
26.11602 ,0 ,100
31.38986 , 2.95019E-05 ,100
36.66371 , 3.78574E-05 ,100
42.04407 , 6.16538E-05 ,100
47.25443 , 8.1979E-05 ,100
52.42699 , 0.000106222 ,100
57.47687 , 0.000134846 ,100
62.58073 , 0.00016073 ,100
67.74473 , 0.00019019 ,100
72.75895 , 0.000217902 ,100
77.76461 , 0.000254731 ,100
82.88534 , 0.000284084 ,100
87.91335 , 0.000323608 ,100
92.86123 , 0.000373528 ,100
97.63722 , 0.000410104 ,100
102.28958 , 0.000460073 ,100
106.83495 , 0.000506108 ,100
111.333 , 0.00055709 ,100
115.79159 , 0.000612414 ,100
120.17006 , 0.000665935 ,100
124.3752 , 0.00072053 ,100
128.53731 , 0.000778815 ,100
132.53561 , 0.000842444 ,100
136.55649 , 0.000903363 ,100
140.39169 , 0.000963326 ,100
144.10136 , 0.001034909 ,100
147.71711 , 0.001098778 ,100
151.27462 , 0.001160745 ,100
154.78552 , 0.00123355 ,100
158.18278 , 0.001301513 ,100
161.39174 , 0.001374854 ,100
164.6442 , 0.0014494 ,100
167.8194 , 0.001523904 ,100
170.8139 , 0.001598584 ,100
173.73161 , 0.001680215 ,100
176.58465 , 0.001754432 ,100
179.29076 , 0.001845662 ,100
181.93125 , 0.001924391 ,100
184.4978 , 0.002009233 ,100
186.94737 , 0.002095177 ,100
188.98491 , 0.002180166 ,100
190.54077 , 0.002260452 ,100
191.6827 , 0.00231811 ,100
192.35483 , 0.002370402 ,100
192.74142 , 0.002405507 ,100
**HM_UNSUPPOAL
*CYCLIC HARD
107.23621 , 0.0 ,25
111.38682 , 0.00731548 ,25
113.26355 , 0.013167864 ,25
114.2453 , 0.019020248 ,25
114.65921 , 0.024872632 ,25
115.10791 , 0.030725016 ,25
115.48524 , 0.0365774 ,25
115.94647 , 0.042429784 ,25
116.28391 , 0.048282168 ,25
112.72785 , 0.0 ,100
114.35806 , 0.006845767 ,100
114.73039 , 0.012322381 ,100
116.73482 , 0.017798995 ,100
118.47179 , 0.023275608 ,100
120.0856 , 0.028752222 ,100
121.36162 , 0.034228836 ,100
122.4629 , 0.039705449 ,100
123.44743 , 0.045182063 ,100
124.23773 , 0.050658677 ,100
125.62282 , 0.05613529 ,100
128.31746 , 0.061611904 ,100
129.30181 , 0.067088518 ,100
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：参照GB-T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》，采用应变控制法循环加载，测试获得发动机常用温度范围下的铸铝材料的恒温低周材料应力-应变滞回曲线、应力-塑性应变滞回曲线、半寿命时应力-应变滞回曲线以及半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线；
步骤二：铸铝材料在循环加载时呈现组合硬化特性，该特性包括运动硬化项及各向同性硬化项；
所述运动硬化项由
Figure FDA0003766871170000011
表示，其中，σi表示运动硬化项应力，
Figure FDA0003766871170000012
表示σi相对应的运动硬化项塑性应变，参数可由材料半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线量取获得；
所述各向同性硬化项由
Figure FDA0003766871170000013
表示，其中，
Figure FDA0003766871170000014
表示各向同性硬化项等效应力，
Figure FDA0003766871170000015
表示
Figure FDA0003766871170000016
相对应的等效塑性应变，参数可由循环应力-塑性应变曲线量取或计算获得；
步骤三：分别选取不同温度，重复步骤一-步骤二，获得铸铝材料在不同温度下的组合硬化特性，组合硬化特性即为铸铝材料在不同温度下的恒温低周材料本构模型；
步骤四：为获得材料高低温变温工况下的本构参数，引入温度场变量，通过各个温度下的恒温低周材料本构参数，构造覆盖发动机缸盖铸铝材料在常用温度的变温条件下的材料本构参数。
2.如权利要求1所述的一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，步骤一所述的常用温度范围为室温-300℃。
3.如权利要求1所述的一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，步骤一所述的常用温度选取室温、100℃、200℃、300℃四个温度点进行测量。
4.如权利要求1所述的一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，步骤二中所述运动硬化项
Figure FDA0003766871170000024
其中，σi可直接量取，量取段为半寿命时材料应力应变曲线中加载的塑性段，
Figure FDA0003766871170000025
通过式(1)计算得到；σ1半寿命时材料应力应变曲线中加载塑性段的起点；
Figure FDA0003766871170000021
其中，下角标i表示半寿命时材料应力应变曲线上的i点，
Figure FDA0003766871170000026
为半寿命应力-应变滞回曲线中i点的等效塑性应变，εi为i点的应变，σi为i点的应力，E为材料的弹性模量，
Figure FDA0003766871170000027
为最小塑性应变。
5.如权利要求1所述的一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，步骤二中所述各向同性硬化项
Figure FDA0003766871170000028
由式(2)、式(3)计算得到；
Figure FDA0003766871170000022
Figure FDA0003766871170000023
其中，i为循环周次，
Figure FDA0003766871170000029
为第i个滞回曲线加载段应力峰值，
Figure FDA00037668711700000210
为第一个滞回曲线卸载段起始点应力，Δε为应变幅，E为材料的弹性模量。
6.如权利要求5所述的一种发动机缸盖用铸铝材料本构参数模型建立方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003766871170000031
采用半寿命时的应力-塑性应变滞回曲线的最大应力点与最小应力点连线逆时针旋转45°与曲线的交点确定为
Figure FDA0003766871170000032
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112668167A (zh) * 2020-12-21 2021-04-16 合图智造科技(西安)有限公司 基于少量实验数据的材料参数构建方法
CN114062166A (zh) * 2021-11-15 2022-02-18 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 一种金属材料热疲劳性能的快速评估方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109902415A (zh) * 2019-03-08 2019-06-18 北京工业大学 一种高温多轴载荷下缺口件局部应力应变计算方法
CN110334405A (zh) * 2019-06-11 2019-10-15 南京航空航天大学 基于Chaboche本构和Lemaitre损伤模型的高温多轴低周疲劳寿命预测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105283874B (zh) * 2013-06-26 2019-03-08 新日铁住金株式会社 金属板的弯曲断裂判定方法
CN106525612B (zh) * 2016-09-23 2019-03-26 西北工业大学 基于拉伸及压缩实验的聚碳酸酯统一本构模型的构建方法
CN108920739B (zh) * 2018-04-27 2022-05-10 天津大学 一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法
CN110222442B (zh) * 2019-06-12 2020-04-21 四川大学 面心立方材料疲劳过程晶体塑性本构模型建立方法
CN110826267B (zh) * 2019-10-11 2023-06-27 奇瑞汽车股份有限公司 发动机缸盖蠕变疲劳分析方法
CN110826285B (zh) * 2019-11-22 2022-08-12 华东理工大学 一种几何不连续结构的疲劳寿命预测方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109902415A (zh) * 2019-03-08 2019-06-18 北京工业大学 一种高温多轴载荷下缺口件局部应力应变计算方法
CN110334405A (zh) * 2019-06-11 2019-10-15 南京航空航天大学 基于Chaboche本构和Lemaitre损伤模型的高温多轴低周疲劳寿命预测方法

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