基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法

1.一种基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据CT金属试件，构建微观结构信息的介观尺度网格计算模型；S2、根据介观尺度网格计算模型，计算剪切应变增量，构建介观尺度材料本构模型；S3、基于介观尺度材料本构模型，构建裂纹扩展驱动力模型；S4、基于裂纹扩展驱动力模型，构建以能量为基准的疲劳损伤模型，进行损伤寿命评估；所述步骤S1包括以下分步骤：S11、确定CT金属试件的宏观尺度应力/应变热点区域，得到该区域的材料微观结构信息EBSD图像；S12、对该区域的材料微观结构信息EBSD图像进行离散化处理，得到局部区域晶界坐标信息及其微观结构分布坐标信息；S13、根据局部区域晶界坐标信息及其微观结构分布坐标信息，绘制二维介观晶体模型；S14、将二维介观晶体模型输入有限元网格划分软件进行网格划分；S15、将划分后的二维介观晶体模型导入有限元计算软件中，并设置材料属性、载荷信息和在边界施加周期性载荷边界，构建介观尺度网格计算模型；所述步骤S2包括以下步骤：S21、根据CT金属试件的类型，即面心立方、体心立方和密排立方，确定滑移系数量n；S22、根据CT金属试件的弹性模量与泊松比，构建弹性矩阵计算旋转增量、膨胀应变增量和施密特因子张量；S23、根据CT金属试件的晶粒、晶界属性、弹性矩阵计算旋转增量、膨胀应变增量和施密特因子张量，构建数量等于滑移系数量n的线性方程；晶界属性包括：滑移系矢量方向和法线方向、强度及初始值；S24、将n个线性方程代入介观尺度网格计算模型，采用迭代算法求解n个线性方程，得到剪切应变增量；S25、根据剪切应变增量和滑移系数量n，构建介观尺度材料本构模型；步骤S3中裂纹扩展驱动力模型的公式为：其中，Θ为裂纹扩展驱动力，σ为裂纹加载应力，α裂纹加载长度，E为材料弹性模量，f(∈ p )为塑性应变函数关系；步骤S4中疲劳损伤模型为：其中，D total 为累计损伤变量，w k 为k次迭代的塑性能量，w 0 为总的塑性能量，N为疲劳寿命，β为损伤敏感指数；步骤S13中绘制二维介观晶体模型的方程为：f＝ax n +by m +cz k (1)其中，f为二维介观晶体模型的边，(x，y，z)为局部区域晶界坐标信息，n为x坐标的拟合次数，m为y坐标的拟合次数，k为z坐标的拟合次数，a为x方向的位置系数，b为y方向的位置系数，c为z方向的位置系数。 2.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S14中的划分规则为：根据二维介观晶体模型上裂纹萌生区域和扩展区域的相对尺寸，将裂纹萌生区域的区域网格细化，将扩展区域采用大网格进行划分。 3.根据权利要求1所述的基于晶体塑性的疲劳裂纹萌生与扩展的损伤寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S24中得到剪切应变增量包括以下步骤：S241、将n个线性方程代入介观尺度网格计算模型，通过公式(2)计算迭代过程误差ε；其中， 为第k次迭代第i个剪切应变增量， 为第k+1次迭代第i个剪切应变增量，i为剪切应变增量个数；S242、判断迭代过程误差ε是否小于误差阈值，若是，则满足收敛条件，得到剪切应变增量，并进入步骤S25，若否，则跳转至步骤S243；S243、按公式(3)进行k＝0，i＝1时的剪切应变增量初值的计算；其中，a ij 为第i个剪切应变增量的第j个方程系数，b i 为第i个剪切应变增量的方程变量值，λ为线性方程求解收敛性控制参数，j为叠加变量；S244、判断线性方程求解收敛性控制参数λ是否等于0，若否，则按原n个线性方程进行迭代，得到剪切应变增量，若是，则按公式(4)进行计算，得到剪切应变增量；其中， 为应力应变变量的增量，其导数为JScoSi矩阵。