CN115618676A - 一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统 - Google Patents

一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统 Download PDF

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CN115618676A CN202211288738.3A CN202211288738A CN115618676A CN 115618676 A CN115618676 A CN 115618676A CN 202211288738 A CN202211288738 A CN 202211288738A CN 115618676 A CN115618676 A CN 115618676A
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胡承冲
赵雷
韩永典
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Abstract

本发明提供了一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统，属于低周疲劳裂纹的模拟领域，方法包括：建立耦合损伤的循环弹塑性本构模型；建立多轴应力状态下的有限元模型，利用循环弹塑性本构模型计算每个加载循环的应力应变张量；基于低周疲劳损伤演化模型结合应力应变张量，计算每个加载循环的疲劳损伤增量，利用单元失效法，将裂纹萌生和扩展两个过程利用统一的方法进行数值模拟。本发明解决了传统方法只能依赖疲劳裂纹萌生和扩展试验的数据，分别分析裂纹萌生和扩展过程的局限性。

Description

一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统
技术领域
本发明属于低周疲劳裂纹的模拟领域，更具体地，涉及一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统。
背景技术
核能作为目前人类社会所能掌握的清洁能源，具有能量密度高、无空气污染和燃料成本低等显著优势，这些优势使得核能在全球能源供应中的占比逐年提升，核电技术也在更新迭代中发展。
核反应堆机组在服役过程中，由于机组频繁的功率变动和启停过程带来的温度波动，会使得核电机组中的部分结构部件处于长时间的低周疲劳行为中，容易造成材料的疲劳行为失效。虽然核反应堆机组的高温结构件要求达到耐高温、高度净化、高密封的最高水平，但仍难以避免出现超出现有无损检测技术水平的微小缺陷，可能成为裂纹的起源。小裂纹萌生与扩展机制和长裂纹明显不同，扩展速率也不能用长裂纹预测模型进行表征。因此，建立精确预测小裂纹萌生与扩展行为的方法是高温结构件长寿命精准预测亟需解决的难题。
目前对长裂纹扩展速率的预测方法大多数采用断裂力学的方法，模型一般由Paris裂纹扩展公式发展而来，使用该方法时，需要首先展开疲劳裂纹扩展试验，获得疲劳裂纹扩展速率，然后获得疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子之间的关系。但是，该方法并不能很好地描述复杂结构中的循环塑性应变历史对裂纹扩展的影响。同时，对短裂纹的研究表明，短裂纹在扩展初期，随着裂纹长度的增加，裂纹扩展速率从一个较高的值逐渐减小，当裂纹进一步扩展到一定尺寸后，裂纹扩展速率又逐渐增加，恢复到断裂力学能描述的稳定扩展状态。因此，如果采用长裂纹的预测方法直接用于含短裂纹的结构件中，会导致对疲劳寿命有危险的过高估计。并且在传统的预测方法中，往往将结构件的疲劳失效过程分为疲劳裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段，采用连续介质力学或断裂力学的方法，分别分析两个阶段的寿命，但从连续介质力学结合损伤力学的角度出发，两个阶段属于同一个连续的疲劳失效过程。因此，期望获得一种新的疲劳短裂纹萌生及扩展预测方法，将疲劳损伤量与弹塑性本构相耦合，以更好地实现对结构件在多轴应力状态下疲劳裂纹萌生及扩展行为的预测。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法及系统，旨在解决现有的方法无法对复杂循环塑形应变历史下的裂纹萌生及扩展行为进行有效评估的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法，包括以下步骤：
S1：在多轴应力状态下，根据节点处当前等效塑性应变和记忆面尺寸的数值，更新循环弹塑性本构模型中的随动硬化参数，并利用节点处当前等效塑性应变计算各向同性硬化造成的屈服面尺寸；
S2：假设当前增量步的应变张量增量为弹性应变增量，基于当前应力张量、应变张量和疲劳损伤值，根据循环弹塑性本构模型中的弹性应力应变关系获取弹性试状态，并计算弹性试状态对应的屈服函数的试状态，若屈服函数的试状态数值小于0，则保存弹性试状态中的应力张量、应变张量和等效塑性应变，转至S4；否则转至S3；
S3：通过径向回退映射法更新等效塑性应变，并基于更新后的等效塑性应变计算应力张量增量是否收敛，若收敛，则更新并保留应力张量和应变张量，且保留等效塑性应变，转至S4；否则转至S1；
S4：通过更新后的应力张量的增加或减小判断增量步处在加载或卸载过程，若当前增量步处于当前加载循环内，则转至S1进行下一增量步的计算；若当前增量步不处于当前加载循环内，且加载循环次数未达到最大循环次数则更新加载循环次数、记忆面参数和疲劳损伤值，判断节点所在单元是否为裂纹单元，转至S1进行下一增量步的计算；
其中，循环弹塑性本构模型的构建方法：
针对单轴低周疲劳试验定义测试材料耦合损伤的循环弹塑性本构模型；利用应变控制的单轴低周疲劳试验结果确定低周疲劳损伤演化模型的损伤参数；在应变控制的单轴低周疲劳试验结果中移除疲劳损伤值，计算等效的无损状态下循环弹塑性本构模型的材料参数。
进一步优选地，判断节点所在单元是否为裂纹单元的方法为：
若更新后的疲劳损伤值大于临界值，则使节点所在单元的杨氏模量降为初始杨氏模量的预设比例，判定该节点所在单元为裂纹单元，将更新后的疲劳损伤值恢复至将更新后的疲劳损伤值恢复至临界疲劳损伤值转至S1；否则保留更新后的疲劳损伤值转至S1。
进一步优选地，所述循环弹塑性本构模型包括：弹塑性本构的主控方程、背应力张量的非线性随动硬化子模型、非线性各向同性硬化子模型和应变范围记忆效应子模型。
进一步优选地，临界疲劳损伤值取值采用单轴疲劳试验中裂纹萌生前最后加载循环过程中的杨氏模量和初始加载循环过程中的杨氏模量的比值确定。
另一方面，本发明提供了一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟系统，包括：
状态变量恢复模块，用于获取每个节点当前应力张量、应变张量、等效塑性应变、加载循环周次、记忆面参数和疲劳损伤值；
材料参数更新模块，用于根据当前等效塑性应变和记忆面尺寸的数值，更新相应的随动硬化参数；
各向同性硬化模块，用于利用当前等效塑性应变计算各向同性硬化造成的屈服面尺寸；
弹性预测模块，假设当前增量步的应变张量增量为弹性应变增量，基于节点当前应力张量、应变张量和疲劳损伤值，根据循环弹塑性本构模型中的弹性应力应变关系获取弹性试状态以及对应的屈服函数的试状态，若屈服函数的试状态数值小于0，则保存弹性试状态中的应力张量、应变张量和等效塑性应变；
塑性矫正模块，用于当屈服函数的试状态数值大于等于0，通过径向回退映射法更新等效塑性应变；
一致性切线模量模块，用于基于更新后的等效塑性应变计算应力张量增量是否收敛，若收敛则更新并保留当前应力张量和应变张量；
加载循环模块，用于通过更新后的应力张量的增加或减小判断增量步处在加载或卸载过程，若当前增量步处于当前加载循环内，则进行下一个增量步驱动状态变量恢复模块运行；若当前增量步不处于当前加载循环内，且加载循环次数未达到最大循环次数则更新加载循环次数、记忆面参数和疲劳损伤值；
单元失效模块，用于根据疲劳损伤值判断节点所在单元是否为裂纹单元。
进一步优选地，单元失效模块判断节点所在单元是否为裂纹单元的方法为：
若更新后的疲劳损伤值大于临界疲劳损伤值，则使节点所在单元的杨氏模量降为初始杨氏模量的预设比例，判定所述节点所在单元为裂纹单元，将更新后的疲劳损伤值恢复至临界疲劳损伤值；否则保留更新后的疲劳损伤值。
进一步优选地，循环弹塑性本构模型包括：弹塑性本构的主控方程、背应力张量的非线性随动硬化子模型、非线性各向同性硬化子模型和应变范围记忆效应子模型。
进一步优选地，临界疲劳损伤值取值采用单轴疲劳试验中裂纹萌生前最后加载循环过程中的杨氏模量和初始加载循环过程中的杨氏模量的比值确定。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明建立的测试材料耦合损伤的循环弹塑性本构模型，可以采用应变控制的单轴低周疲劳试验结果确定损伤参数，进而计算无损状态下循环弹塑性本构模型的材料参数，基于获取的循环弹塑性本构模型，采用连续累积方法可以实现在多轴应力状态下疲劳裂纹萌生及扩展行为的预测，其中，疲劳损伤演化模型采用应变控制形式可以解决传统疲劳损伤演化模型在低周疲劳区域误差较大的问题；且通过单轴疲劳试验的结果对多轴应力状态下的疲劳短裂纹的萌生扩展预测，可以避免传统方法中对含短裂纹的结构件疲劳寿命预测进行高估倾向；并且采用连续介质力学-损伤力学-有限元相结合的方法，对考虑损伤耦合的应力应变场进行模拟，将短裂纹萌生和扩展两个过程有机地结合在一起，解决了传统方法只能分别分析两个过程的局限性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的低周疲劳短裂纹萌生扩展的模拟方法示意图；
图2是本发明实施例提供的一个单元的有限元模型示意图；
图3是本发明实施例提供的多轴应力状态下的有限元模型示意图；
图4是本发明实施例提供的步骤4的流程图；
图5是本发明实施例提供的增量步示意图；
图6是本发明实施例提供的低周疲劳损伤演化模型的参数拟合示意图；
图7是本发明实施例提供的各向同性硬化模型的参数拟合示意图；
图8是本发明实施例提供的随动硬化模型的参数拟合示意图；
图9是本发明实施例提供的应变范围记忆效应模型的参数拟合示意图；
图10是本发明实施例提供的模拟方法对单轴疲劳试验的预测结果；
图11是本发明实施例提供的模拟方法在一种实施方式下的缺口根部疲劳短裂纹的启裂寿命预测结果示意图；
图12是本发明实施例提供的模拟方法在一种实施方式下的缺口根部疲劳短裂纹的扩展速率预测结果示意图；
图13是本发明实施例提供的模拟方法在一种实施方式下的缺口根部不同位置在裂纹萌生前一刻的损伤累积值示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了如图1所示的一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹萌生扩展的模拟方法，包括以下步骤：
步骤1：如图2所示的建立一个单元的有限元模型，通过子程序UMAT定义测试材料耦合损伤的循环弹塑性本构模型；其中，循环弹塑性本构模型的求解需要通过低周疲劳损伤演化模型计算出损伤值；具体如下：
耦合损伤的循环弹塑性本构模型包括：弹塑性本构的主控方程、背应力张量的非线性随动硬化子模型、非线性各向同性硬化子模型和应变范围记忆效应子模型；
弹塑性本构的主控方程为：
Figure BDA0003900511480000061
其中，ε、εe和εp分别为总应变张量、弹性应变张量和塑性应变张量；σ为应力张量；
Figure BDA0003900511480000062
和
Figure BDA0003900511480000063
分别为损伤材料的有效偏应力张量和有效背应力张量，可以由实际的偏应力张量和背应力张量计算获得；E为材料的弹性张量；Fy为屈服函数；σy为材料的屈服面尺寸，即弹性极限；
Figure BDA0003900511480000064
为塑性应变率张量；
Figure BDA0003900511480000065
为等效塑性应变率；
采用下列公式以描述非线性随动硬化子模型：
Figure BDA0003900511480000066
其中，α和α(i)分别为总的背应力张量和第i项的背应力分量张量；
Figure BDA0003900511480000067
为第i项的背应力分量张量的演化率；C(i)和γ(i)为第i项的背应力分量对应的材料参数；
Figure BDA0003900511480000071
为疲劳损伤演化率；μ为描述循环过程中发生硬化/软化行为的控制参数；p为等效塑性应变；随动硬化参数μsat、k和
Figure BDA0003900511480000072
的值由记忆面尺寸q决定，μsat和k用于描述初始硬化阶段背应力的快速变化规律，
Figure BDA0003900511480000073
用于描述后续稳定硬化阶段的随动硬化规律；
采用下述公式以描述非线性各向同性硬化子模型：
σy＝σy0+H·p+Qsa[1-exp(Bp)] (3)
其中，σy0为初始屈服面尺寸；H、Qsa和B均为各向同性硬化参数，Qsa和B用于描述初始硬化阶段屈服面尺寸的演化规律，H用于描述后续稳定硬化阶段屈服面尺寸的演化规律；
采用下述公式以描述应变范围记忆效应子模型：
Figure BDA0003900511480000074
其中，
Figure BDA0003900511480000075
A、B和C均为向量形式的应变记忆效应参数，用于描述随动硬化参数随记忆面尺寸的演化规律；Fq为记忆面的指标函数；β和q分别表示记忆面中心和尺寸；η为用于表示记忆面中各向同性硬化和随动硬化比例的参数；
步骤2：利用应变控制的单轴低周疲劳试验结果确定步骤1中的低周疲劳损伤演化模型计算所需的损伤参数；具体如下：
低周疲劳损伤演化模型为：
Figure BDA0003900511480000081
其中，
Figure BDA0003900511480000082
表示每个加载循环疲劳损伤增量；α、b、c和M为损伤参数；M为控制损伤演化形状的参数，推荐取值为1.5；
Figure BDA0003900511480000083
表示一个加载循环中最大/最小弹性应变张量中的正应变分量；
Figure BDA0003900511480000084
表示一个加载循环中最大/最小的弹性/塑性应变张量中的应变分量；ν为材料的泊松比；θII为畸变应变幅；
Figure BDA0003900511480000085
和
Figure BDA0003900511480000086
分别为畸变应变幅中的弹性部分和塑形部分；εH,mean为一个加载循环中膨胀应变的平均值；
在单轴疲劳试验过程中，低周疲劳损伤演化模型可以简化为：
Figure BDA0003900511480000087
其中，材料参数与多轴应力状态下相同；Δεa为循环加载的应变幅值；εmean为循环加载的应变平均值；
低周疲劳损伤D的变化范围为0～Dcr，表示材料从无损伤到失效的连续过程，Dcr取值采用单轴疲劳试验中宏观裂纹萌生前最后加载循环中的杨氏模量Ef和初始加载过程中的杨氏模量E的比值Ef/E确定；
在应变控制的低周疲劳试验中，宏观裂纹的萌生判定方法采用：峰值应力值相对于稳态变化阶段快速下降，下降幅度达到10％即判定为宏观裂纹萌生；在确定低周疲劳损伤演化模型的损伤参数时，单轴疲劳试验的应变幅大于0.2％；
步骤3：利用步骤2中确定的低周疲劳损伤演化模型，在应变控制的单轴低周疲劳试验结果中移除疲劳损伤的影响后，确定等效的无损状态下步骤1中循环弹塑性本构模型计算所需的材料参数；
步骤4：如图3所示建立多轴应力状态下的有限元模型，利用步骤1中的子程序和步骤2、3中的材料参数，计算每个加载循环的应力应变张量；更为具体地，如图4所示；
在对多轴应力状态下的结构件进行短裂纹萌生及扩展数值模拟的过程中，最危险位置的循环应变幅大于0.2％；
用于实现基于连续累积损伤的低周疲劳短裂纹萌生及扩展的模拟方法的子程序，包括：
状态变量恢复模块，用于利用用户自定义子程序USDFLD存储和传递模型中每个节点的应力张量、应变张量、等效塑性应变、加载循环周次、记忆面参数和疲劳损伤值，并在每个增量步开始时传递给子程序UMAT进行下一步计算；
材料参数更新模块，用于根据等效塑性应变和记忆面尺寸的数值，更新相应的随动硬化参数；
各向同性硬化模块，用于利用当前的等效塑性应变，计算各向同性硬化造成的屈服面尺寸；
弹性预测模块，用于假设如图5所示的新的增量步的应变张量增量为弹性应变增量，根据弹性应力应变关系获得一个弹性试状态，并且根据该弹性试状态的应力应变状态，计算此时屈服函数的试状态，若屈服函数的试状态数值小于0，则该试状态为真实状态，计算方程表示如下：
Figure BDA0003900511480000091
其中，上标*表示试状态，下标n表示第n个增量步，下标N表示第N个加载循环；
图5中的载荷概念为：疲劳载荷和静态载荷相对应，指应力/应变的大小/方向不是恒定的，而是随着时间不断循环变化，载荷水平可以用应力、应变和压强等指标衡量；一个循环中包括一个加载循环过程和一个卸载循环过程；
塑性矫正模块，用于若屈服函数的试状态数值大于0，则通过径向回退映射法计算等效塑性应变，获得真实的应力应变状态，计算方程如下：
Figure BDA0003900511480000101
一致性切线模量模块，为保证整体迭代的收敛速度，并且不影响计算的精度，采用下述表达式，其中，I为四阶单位张量，Id为四阶单位偏张量；
Figure BDA0003900511480000102
步骤5：基于步骤2中的低周疲劳损伤演化模型结合步骤4中计算得到的应力应变张量，计算每个加载循环的疲劳损伤增量，利用单元失效法，将裂纹萌生和扩展两个过程利用统一的方法进行数值模拟。
子程序还包括：
加载循环模块，用于通过有效应力的增加/减小以判断当前增量步为加载/卸载过程，在每次加载循环时更新加载循环次数、记忆面参数和疲劳损伤值；
单元失效模块，用于在当前疲劳损伤值超过Dcr时，使得该节点的疲劳损伤不再增加，并且使该节点所在单元的杨氏模量降低为初始杨氏模量的0.1％，实现裂纹萌生及扩展行为的模拟。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种多轴应力状态下的低周疲劳短裂纹的模拟方法，包括：基于单轴疲劳试验的低周疲劳损失演化模型的参数拟合、基于单轴低周疲劳试验结果确定的循环弹塑性本构模型的参数拟合以及多轴应力状态下的低周疲劳短裂纹的模拟；
为了更好地阐述本发明提供的基于连续累积损伤的低周疲劳短裂纹萌生及扩展的模拟方法，将采用单边缺口试样进行验证。验证采用的材料为316H耐热钢，高温低周疲劳试验在550℃条件下进行；试验时，由于单边缺口试样的几何不连续性的影响，其缺口根部最薄弱处为多轴应力应变状态；在此之前，需要进行550℃下的不同应变幅和平均应变值的单轴疲劳试验以确定公式(1)～(6)的所需材料参数；
S1：根据单轴疲劳试验中断裂前最后加载循环中的杨氏模量Ef和初始加载过程中的杨氏模量E的比值Ef/E确定材料的临界损失值Dcr，取所有试验结果的平均值为0.2；对单轴状态下的低周疲劳损失演化模型公式(6)从0～Dcr/Nf进行积分，并采用非线性拟合的方法，对不同平均应变值下多组应变幅的疲劳试验结果进行拟合，如图6所示，获得550℃下316H低周疲劳损失演化模型的材料参数，α、b、c和M分别为890.1、63.5、2.741和1.5；
Figure BDA0003900511480000111
其中，Δεa为单轴加载条件下循环加载的应变幅值；εmean为单轴加载条件下循环加载的应变平均值；α、b、c和M为材料参数，与多轴条件下的低周疲劳损失演化模型中的材料参数相同；
S2：根据单轴疲劳试验中初次加载的结果，获得550℃下316H弹塑性模型的部分材料参数，包括：杨氏模量E为200GPa；泊松比υ为0.3；初始屈服面尺寸σy0为70MPa；随动硬化模型中各个部分的背应力的材料参数(C(i),(i))分别为(5000,127000)、(200,7060)、(20,1890)；
S3：根据单轴疲劳试验中不同循环周次下的等效塑形应变和对应的屈服面尺寸，采用非线性拟合的方法，如图7所示，获得550℃下316H各向同性硬化模型的材料参数，H、Qsa和B分别为1.046、72.61和1.282；
σy＝σy0+H·p+Qsa[1-exp(Bp)]
其中，σy为考虑累计等效塑形应变后的屈服面尺寸；
S4：根据公式(2)所定义的随动硬化模型，循环加载后相同塑形应变时背应力为初始状态的μ倍；因此，根据单轴疲劳试验中不同循环周次下的等效塑形应变、对应的峰值塑形应变和峰值背应力值，对不同加载条件下的随动硬化模型参数分别采用非线性拟合方法，如图8所示，550℃下316H在不同应变幅下随动硬化模型中用于描述循环硬/软化的部分材料参数
Figure BDA0003900511480000121
为：0.6％应变幅(4.11,1.602,0.25)、0.5应变幅(3.23,1.696,0.248)、0.4％应变幅(2.91,1.953,0.244)、0.3％应变幅(1.93，2.977,0.238)；
Figure BDA0003900511480000122
其中，μ为控制循环硬化/软化的指标，与材料参数μsat、k和
Figure BDA0003900511480000123
以及等效塑性应变变相关；
S5：利用S4中获得的结果，如图9所示，确定应变范围记忆效应模型的材料参数，首先对公式(4)中的记忆面相关模型进行简化，在单轴条件下，可以用下述公式表示：
Figure BDA0003900511480000124
其中，Fq为记忆面的指标函数；β和q分别表示记忆面中心和尺寸；η为材料参数，用于表示记忆面中各向同性硬化和随动硬化的比例，这里取值为0.5；显然，在单轴对称循环加载的条件下，q在第一个加载周次后就达到稳定，其值为
Figure BDA0003900511480000131
接着，如图9所示，可以采用非线性拟合的方法确定550℃下316H向量形式的材料参数A、B和C分别为(-70.71,1.583,0.2535)、(70.58,71.49，-0.07044)和(-18.03,2625,1008)；
S6：采用S1～S5所确定的材料参数，对单轴疲劳进行数值模拟，验证材料参数的准确性，并且通过试参法进行微调，保证模型的有效性；对于低周疲劳试验，一般采用峰值应力数据以表示材料的循环响应特征，如图10所示；
在本发明的一个实施方案中，选取峰值载荷为1500～3000N，载荷比为0.1，550℃下的多组单边缺口疲劳试验，其疲劳短裂纹均萌生于缺口根部次表面的位置，与数值模拟的结果相同；如图11所示为本发明提供方法的疲劳短裂纹萌生寿命预测结果，可以看出误差均处于1.5倍误差带内。因此，本发明提供的基于连续累积损伤的低周疲劳短裂纹萌生及扩展的模拟方法可以有效预测多轴应力状态下的疲劳短裂纹萌生寿命；
在本发明的一个实施方案中，选取其中峰值载荷为2500N，载荷比为0.1,550℃下的单边缺口疲劳试验；可以发现，在疲劳裂纹萌生后的扩展初期，表现出典型的短裂纹特征，即在裂纹尺寸较小时，裂纹扩展速率较快，并且随裂纹长度的增加而减缓，在扩展初期为明显的勾状曲线；如图12所示，试验结果与本发明提供的疲劳短裂纹扩展速率预测结果相符；因此，本发明提供的基于连续累积损伤的低周疲劳短裂纹萌生及扩展的模拟方法可以有效预测多轴应力状态下的疲劳短裂纹的扩展速率；
如图13所示，本发明给出了该实施方案中峰值载荷在2500N，载荷比为0.1,550℃下的单边缺口疲劳试验，缺口根部不同位置在裂纹萌生前一刻的损伤累积值示意图，受应力集中的影响，在靠近缺口根部的位置有较大程度的疲劳损伤累积，而远离缺口的位置损伤程度较小，这也解释了短裂纹在扩展初期扩展速率较快的现象。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在多轴应力状态下，根据节点处当前等效塑性应变和记忆面尺寸的数值，更新循环弹塑性本构模型中的随动硬化参数；并利用节点处当前等效塑性应变计算各向同性硬化造成的屈服面尺寸；
S2：假设当前增量步的应变张量增量为弹性应变增量，基于节点当前应力张量、应变张量和疲劳损伤值，根据循环弹塑性本构模型中的弹性应力应变关系获取弹性试状态以及对应的屈服函数的试状态，若屈服函数的试状态数值小于0，则保存弹性试状态中的应力张量、应变张量和等效塑性应变，转至S4；否则转至S3；
S3：通过径向回退映射法更新等效塑性应变，并基于更新后的等效塑性应变计算应力张量增量是否收敛，若收敛则更新并保留当前应力张量和应变张量转至S4；否则转至S1；
S4：通过更新后的应力张量的增加或减小判断增量步处在加载或卸载过程，若当前增量步处于当前加载循环内，则转至S1进行下一增量步的计算；若当前增量步不处于当前加载循环内，且加载循环次数未达到最大循环次数则更新加载循环次数、记忆面参数和疲劳损伤值，并根据疲劳损伤值判断节点所在单元是否为裂纹单元，转至S1进行下一增量步的计算；
其中，所述循环弹塑性本构模型的构建方法：
针对单轴低周疲劳试验定义测试材料耦合损伤的循环弹塑性本构模型；利用应变控制的单轴低周疲劳试验结果确定低周疲劳损伤演化模型的损伤参数；在应变控制的单轴低周疲劳试验结果中移除疲劳损伤值，计算等效的无损状态下循环弹塑性本构模型的材料参数。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，判断节点所在单元是否为裂纹单元的方法为：
若更新后的疲劳损伤值大于临界值，则使节点所在单元的杨氏模量降为初始杨氏模量的预设比例，判定所述节点所在单元为裂纹单元，将更新后的疲劳损伤值恢复至临界疲劳损伤值转至S1；否则保留更新后的疲劳损伤值转至S1。
3.根据权利要求1或2所述的模拟方法，其特征在于，所述循环弹塑性本构模型包括：弹塑性本构的主控方程、背应力张量的非线性随动硬化子模型、非线性各向同性硬化子模型和应变范围记忆效应子模型。
4.根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，所述临界疲劳损伤值取值采用单轴疲劳试验中裂纹萌生前最后加载循环过程中的杨氏模量和初始加载循环过程中的杨氏模量的比值确定。
5.一种基于连续累积损伤的低周疲劳裂纹的模拟系统，其特征在于，包括：
状态变量恢复模块，用于获取每个节点当前应力张量、应变张量、等效塑性应变、加载循环周次、记忆面参数和疲劳损伤值；
材料参数更新模块，用于根据当前等效塑性应变和记忆面尺寸的数值，更新相应的随动硬化参数；
各向同性硬化模块，用于利用当前等效塑性应变计算各向同性硬化造成的屈服面尺寸；
弹性预测模块，假设当前增量步的应变张量增量为弹性应变增量，基于节点当前应力张量、应变张量和疲劳损伤值，根据循环弹塑性本构模型中的弹性应力应变关系获取弹性试状态以及对应的屈服函数的试状态，若屈服函数的试状态数值小于0，则保存弹性试状态中的应力张量、应变张量和等效塑性应变；
塑性矫正模块，用于当屈服函数的试状态数值大于等于0，通过径向回退映射法更新等效塑性应变；
一致性切线模量模块，用于基于更新后的等效塑性应变计算应力张量增量是否收敛，若收敛则更新并保留当前应力张量和应变张量；
加载循环模块，用于通过更新后的应力张量的增加或减小判断增量步处在加载或卸载过程，若当前增量步处于当前加载循环内，则进行下一个增量步驱动状态变量恢复模块运行；若当前增量步不处于当前加载循环内，且加载循环次数未达到最大循环次数则更新加载循环次数、记忆面参数和疲劳损伤值；
单元失效模块，用于根据疲劳损伤值判断节点所在单元是否为裂纹单元。
6.根据权利要求5所述的模拟系统，其特征在于，所述单元失效模块判断节点所在单元是否为裂纹单元的方法为：
若更新后的疲劳损伤值大于临界疲劳损伤值，则使节点所在单元的杨氏模量降为初始杨氏模量的预设比例，判定所述节点所在单元为裂纹单元，将更新后的疲劳损伤值恢复至临界疲劳损伤值；否则保留更新后的疲劳损伤值。
7.根据权利要求5或6所述的模拟系统，其特征在于，所述循环弹塑性本构模型包括：弹塑性本构的主控方程、背应力张量的非线性随动硬化子模型、非线性各向同性硬化子模型和应变范围记忆效应子模型。
8.根据权利要求7所述的模拟系统，其特征在于，临界疲劳损伤值取值采用单轴疲劳试验中裂纹萌生前最后加载循环过程中的杨氏模量和初始加载循环过程中的杨氏模量的比值确定。
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