高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备

权力要求

1.高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述高温合金应力及损伤演化方法基于不同预处理程度的试验件而实现，所述高温合金应力及损伤演化方法包括以下步骤： 获取所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线； 获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型； 根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型； 将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件； 结合所述蠕变曲线和有限元模型在所述有限元软件进行计算，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数； 根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

2.根据权利要求1所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型具体包括以下步骤： 根据所述不同预处理程度的试验件的氧化试验结果，获取基体-氧化热影响层的分层几何模型； 根据所述分层几何模型各层的特点，对所述基体-氧化热影响层进行网格划分，得到所述试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型。 

3.根据权利要求1所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件的步骤过程中，所述有限元软件为ABAQUS。 

4.根据权利要求1所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论具体包括以下步骤： 根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数； 在所述最优参数下，得到与所述最优参数对应的条件下，对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。 

5.根据权利要求4所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数具体包括以下步骤： 赋予所述不同预处理程度的试验件相应有限元模型的基体-氧化热影响层不同的力学参数，在编有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序的所述有限元软件进行计算，得到计算结果； 根据所述计算结果与不同预处理程度的试验件的蠕变曲线进行比对，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数。 

6.根据权利要求5所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论具体包括以下步骤： 在所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数条件下，针对所述氧化-蠕变损伤本构模型预设不同的处理条件，经过分析，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。 

7.根据权利要求1所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论的步骤过程中，所述对应的试验件的应力及损伤演化分析结论通过对应试件的应力随时间变化曲线图、对应试件的损伤随时间变化曲线图表示。 

8.根据权利要求1所述的高温合金应力及损伤演化方法，其特征在于，所述根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型的步骤过程中，所述氧化-蠕变损伤本构模型满足式（1）： （1） 式（1）中， -试验件的蠕变剪应变率， -试验件的初始蠕变率， -试验件的滑移系，n-试验件的温度蠕变参数，为与蠕变剪应变相关的指数， -蠕变损伤机制中的孔洞损伤， -蠕变损伤机制中的材料劣化；其中，孔洞损伤 和材料劣化 的演化方程如下： （2） （3） 式（2）、（3）中， -初始损伤率，m-温度蠕变参数，为与孔洞损伤率相关的指数，C、p-氧化-蠕变损伤本构模型参数； 根据式（1）、（2）、（3）进行拆分整理，得到： （4） 在式（4）条件下，考虑蠕变剪应变率 与分切应力 的关系，并时间t进行积分拆分整理，得到： （5） 式（5）中， A是由不同应力条件下蠕变实验结果曲线拟合得到的材料参数， -蠕变损伤， 代表原始材料没有损伤值， 代表材料断裂时的损伤值；对宏观应变率 进行积分，得到宏观变形量 ： （6） 根据协变形理论，内外部材料变形相等即位移相等的原则，有： （7） 式（7）中， 、 -内外部材料位移； 对蠕变损伤 进行时间积分，当损伤达到1时，试件发生蠕变断裂，因此有： （8） 式（8）中，N-滑移系的个数， -蠕变寿命。 

9.高温合金应力损伤演化装置，其特征在于，所述高温合金应力及损伤演化装置基于不同预处理程度的试验件而实现，所述高温合金应力及损伤演化装置包括： 蠕变曲线获取模块，用于获取所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线； 有限元模型获取模块，用于获取所述试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型； 氧化-蠕变损伤本构模型获取模块，用于根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型； 子程序植入模块，用于将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件； 参数获取模块，用于结合所述蠕变曲线和有限元模型在所述有限元软件进行计算，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数； 应力及损伤演化分析结论生成模块，用于根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。 

10.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有高温合金应力及损伤演化程序，所述高温合金应力及损伤演化程序被处理器执行时，实现权利要求1-8中任一所述的高温合金应力及损伤演化方法的步骤。 11.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有高温合金应力及损伤演化程序，所述高温合金应力及损伤演化程序被处理器执行时，实现权利要求1-8中任一所述的高温合金应力及损伤演化方法的步骤。

说明书

高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

镍基单晶高温合金在高温下具有优异的蠕变、疲劳以及抗氧化性能，被广泛应用于热端结构部件。但是，现有技术中，考虑氧化作用的高温合金应力及损伤演化过程研究较少，导致难以预测镍基单晶高温合金的服役寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备，其能够确定氧化对高温合金蠕变性能的作用效果，揭示氧化热影响层和基体层的失效机理差异，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的高温合金应力及损伤演化方法的技术方案如下：

本发明提供的高温合金应力及损伤演化方法基于不同预处理程度的试验件而实现，所述高温合金应力及损伤演化方法包括以下步骤：

获取所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线；

获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型；

根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型；

将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件；

根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型；

将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件；

结合所述蠕变曲线和有限元模型在所述有限元软件进行计算，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数；

根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

本发明提供的高温合金应力及损伤演化方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述步骤获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型具体包括以下步骤：

根据所述不同预处理程度的试验件的氧化试验结果，获取基体-氧化热影响层的分层几何模型；

根据所述分层几何模型各层的特点，对所述基体-氧化热影响层进行网格划分，得到所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型。

作为优选，所述将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件的步骤过程中，所述有限元软件为ABAQUS。

作为优选，所述步骤根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论具体包括以下步骤，

根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数；

在所述最优参数下，得到与所述最优参数对应的条件下，对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

作为优选，所述步骤根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数具体包括以下步骤：

所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线，赋予所述不同预处理程度的试验件相应有限元模型的基体-氧化热影响层不同的力学参数，进行计算，得到计算结果；

根据所述计算结果进行比对，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数。

作为优选，所述步骤根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论具体包括以下步骤：

在所述氧化-蠕变损伤本构模型的最优参数条件下，针对所述氧化-蠕变损伤本构模型预设不同的处理条件，经过分析，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

作为优选，所述根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论的步骤过程中，所述对应的试验件的应力及损伤演化分析结论通过对应试件的应力随时间变化曲线图、对应试件的损伤随时间变化曲线图表示。

作为优选，所述根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型的步骤过程中，所述氧化-蠕变损伤本构模型满足式（1）：

（1）式（1）中， -试验件的蠕变剪应变率， -试验件的初始蠕变率， -试验件的滑移系，n-试验件的温度蠕变参数，为与蠕变剪应相关的指数， -蠕变损伤机制中的孔洞损伤， -蠕变损伤机制中的材料劣化；其中，（2）（3）式（2）、（3）中， -初始损伤率，m-温度蠕变参数，为与孔洞损伤率相关的指数，C、p-氧化-蠕变损伤本构模型参数；根据式（1）、（2）、（3）进行拆分整理，得到：（4）在式（4）条件下，考虑蠕变剪应变率 与分切应力 的关系，并时间t进行积分拆分整理，得到：

（5）式（5）中， -蠕变损伤， 代表原始材料没有损伤值， 代表材料断裂时的损伤值；

对宏观应变率 进行积分，得到宏观变形量 ：（6）根据协变形理论，内外部材料变形相等即位移相等的原则，有：

（7）式（7）中， 、 -内外部材料位移；对蠕变损伤 进行时间积分，当损伤达到1时，试件发生蠕变断裂，因此有：

（8）式（8）中，N-滑移系的个数， -蠕变寿命。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的高温合金应力及损伤演化装置的技术方案如下：

本发明提供的高温合金应力损伤演化装置基于不同预处理程度的试验件而实现，所述高温合金应力及损伤演化装置包括：

蠕变曲线获取模块，用于获取所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线；

有限元模型获取模块，用于获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型；

氧化-蠕变损伤本构模型获取模块，用于根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型；

子程序植入模块，用于将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件；

参数获取模块，用于结合所述蠕变曲线和有限元模型在所述有限元软件进行计算，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数；

应力及损伤演化分析结论生成模块，用于根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

为了达到上述第三个目的，本发明提供的计算机可读存储介质的技术方案如下：

本发明提供的计算机可读存储介质上存储有高温合金应力及损伤演化程序，所述高温合金应力及损伤演化程序被处理器执行时，实现本发明提供的高温合金应力及损伤演化方法的步骤。

为了达到上述第四个目的，本发明提供的电子设备的技术方案如下：

本发明提供的电子设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有高温合金应力及损伤演化程序，所述高温合金应力及损伤演化程序被处理器执行时，实现本发明提供的高温合金应力及损伤演化方法的步骤。

本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备一方面预氧化分层损伤模型可具体揭示氧化热影响层和基体层的失效机理差异，可推广至具有多层材料结构蠕变机理的揭示和寿命的预测，为镍基单晶材料试验测试提供参考；另一方面基于氧化行为对材料性能的设计进行优化，降低对其力学行为的影响，为研究合金实际服役性能提供理论依据。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法的步骤流程图；

附图2为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法应用的试验件的结构示意图；

附图3为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的不同预处理程度的试验件的蠕变曲线图；

附图4（a）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件的基体-氧化热影响层的断口形貌图；

附图4（b）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型示意图；

附图5为本发明实施提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的不同预氧化条件下的蠕变试验模拟结果示意图；

附图6（a）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在最优参数条件下的应力分布示意图；

附图6（b）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在最优参数条件下的分切应力分布示意图；

附图6（c）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在最优参数条件下的分切应变分布示意图；

附图6（d）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在最优参数条件下的损伤分布示意图；

附图7（a）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的两相模型在预氧化50h条件下的蠕变应力分布示意图；

附图7（b）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的两相模型在预氧化200h条件下的蠕变应力分布示意图；

附图7（c）为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的两相模型在预氧化500h条件下的蠕变应力分布示意图；

附图8为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在预氧化50h（热影响层厚度为19μm）、200h（热影响层厚度为42μm）和500h（热影响层厚度为70μm）条件下的应力曲线图；

附图9为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法涉及的试验件在预氧化500h后基体和热影响层的损伤演化曲线图；

附图10为本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化装置各功能模块之间的信号流向关系示意图；

附图11为本发明实施例提供的硬件运行环境的高温合金应力及损伤演化设备结构示意图。

具体实施方式

有鉴于此，本发明提供了一种高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备，其能够确定氧化对高温合金蠕变性能的作用效果，揭示氧化热影响层和基体层的失效机理差异，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种高温合金应力及损伤演化方法、装置、存储介质及电子设备，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

长期处于高温条件下的合金材料一方面由于氧化会在表面形成氧化层和热影响层，另一方面对基体的微观组织演变有不可忽视的影响，就会导致其力学性能发生严重退化。热影响层与材料的基体具有不同的力学性能，在蠕变的条件下其损伤演化与基体存在差别，且该层易萌生微裂纹和微缺陷，加速了试样的蠕变断裂。基于现有文献，大部分研究只停留在对氧化和蠕变具体的机理描述，缺乏系统的建模研究。因此如何评价不同预氧化程度对材料性能的影响，如何定量表征材料的蠕变行为，并基于此提出考虑氧化作用的蠕变损伤预测模型也是亟待解决的问题。

为解决上述问题，本公开实施方式提供一种高温合金预氧化分层损伤模型，可得到多层结构的高温蠕变应力和损伤演化结果。

举例而言，所述试验件可以为采用第二代镍基单晶合金制作而成的工字形试验件，此处不再详细描述。

高温合金应力及损伤演化方法实施例

参见附图1-附图9，本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法包括以下步骤：

S110，对目标试验件进行预处理试验，将不同预处理程度的试验件再进行蠕变试验以得到相应的蠕变曲线；

S120，根据氧化试验结果，建立所述试验件的基体-氧化热影响层的两相几何模型和网格模型；

S130，基于所述蠕变协变形理论提出氧化-蠕变损伤本构模型，并编入用户子程序（UMAT）植入到有限元软件ABAQUS；

S140，以蠕变试验曲线结果和有限元计算结果为基础，，在ABAQUS中进行计算对比拟合得到模型参数；

S150，在最优模型参数下分析得到相应条件下的应力及损伤演化。

由此，本申请的预氧化分层损伤模型建立了预氧化程度和蠕变损伤之间的关系，通过该模型可具体揭示氧化热影响层和基体层的失效机理差异。相较于现有的高温合金蠕变损伤模型，本申请的预氧化分层损伤模型考虑材料实际服役环境，使模型模拟得到的结果更接近真实试验数据。

下面对本公开实施方式提供的一种高温合金预氧化分层损伤模型进行详细说明：

在步骤S110中，对目标试验件进行预处理试验，将不同预处理程度的试验件再进行蠕变试验以得到相应的的蠕变曲线。

具体地，对所述试验件分组在相同温度下进行不同时间的高温氧化试验，需单独研究热处理对蠕变行为的影响，采取的方式为试样在氧化后研磨去除表面氧化层和热影响层之后对试样进行蠕变试验。每种条件下至少取得3个有效试验数据。

步骤S120，根据氧化试验结果，建立所述试验件的基体-氧化热影响层的两相几何模型和网格模型。

具体地，根据所述试验件在氧化腐蚀环境下真实的蠕变损伤情况，其承载截面的大小应为原始面积去除氧化影响产生的外层区域。

由此，结合氧化试验结果及蠕变断口形貌建立不同厚度基体-氧化热影响层的两相几何模型。另外，在几何模型的基础上，通过调试对热影响层和基体进行合适的网格划分，并对两相界面进行局部细化使结果精准性提高。

步骤S130，基于所述蠕变协变形理论提出氧化-蠕变损伤本构模型，并编入用户子程序（UMAT）植入到有限元软件ABAQUS。

具体地，在Kachanov和Ravbotnov提出的连续损伤模型以及Yeh提出的损伤演化率的基础上，建立分切应力与剪切应变率同时主导的蠕变损伤模型：

式中， 为所述试验件的蠕变剪应变率， 为初始蠕变率， 表所述试验件的不同滑移系，n为所述试验件的温度蠕变参数， 和 分别代表了蠕变损伤机制中的孔洞损伤和材料劣化，且式中 为初始损伤率，m为温度蠕变参数，C和p为模型参数。

对上述蠕变损伤模型进行拆分整理可得：

对时间t进行积分： 

考虑蠕变剪应变率 与分切应力 的关系，对上式变形得到：

其中 为材料的损伤， 代表原始材料没有损伤， 代表材料断裂时的损伤值。

代入分切应力与剪切应变率主导的蠕变损伤模型中可得：

对宏观应变率 进行积分： 根据协变形理论内外部材料变形相等即位移相等的原则， 相消失层和基体的变形是一致的，因此有： 另外，试样的原始加载应力为 ，随着蠕变的进行， 相消失层承载应力为 ，基体承载应力为 ，则有

即： 式中，S0，S1和S2分别是指原始截面， 相消失层和基体的有效受力面积。

对蠕变损伤 进行时间积分，当损伤达到1时，试件发生蠕变断裂，因此有：

N为滑移系的个数， 为蠕变寿命。

将以上基于协变形理论的蠕变损伤本构方程，通过FORTRAN语言编入用户子程序（UMAT），并补充到ABAQUS软件包中。

S140，以蠕变试验曲线结果和有限元计算结果为基础，在ABAQUS中进行计算对比拟合得到模型参数。

具体地，考虑到氧化腐蚀环境下热影响层材料易萌生缺陷，其力学性能显著退化，与材料的基体具有不同的力学性能，因此应赋予各层不同的蠕变力学参数。

另外，材料的基体在蠕变过程中也会产生热处理预损伤。基于前述不同预处理条件试验结果即试样在氧化后研磨去除表面氧化层和热影响层之后对试样进行蠕变试验的结果，结合蠕变损伤理论可以得到基体相应热处理时间下的初始损伤。

不同氧化时间下的几何模型具有不同厚度的热影响层，基于热处理演化后的不同初始损伤的基体的数值，拟合不同厚度氧化层得到相应模型参数。

以蠕变试验曲线结果和有限元计算结果为基础，将得到的模型参数计算结果与其对比，若不符合结果便进行适当调整至最优模型参数。

S150，在最优模型参数下分析得到相应条件下的应力及损伤演化。

具体地，将有限元分析获得的最优参数带入用户子程序（UMAT），并用ABAQUS计算分析得到不同预氧化条件下基体及氧化热影响层对应应力及损伤演化。

高温合金应力及损伤演化装置实施例

参见附图10，本发明实施提供的高温合金应力及损伤演化装置包括：

蠕变曲线获取模块，用于获取所述不同预处理程度的试验件的蠕变曲线；

具体地，对所述试验件分组在相同温度下进行不同时间的高温氧化试验，需单独研究热处理对蠕变行为的影响，采取的方式为试样在氧化后研磨去除表面氧化层和热影响层之后对试样进行蠕变试验。每种条件下至少取得3个有效试验数据。

有限元模型获取模块，用于获取所述不同预处理程度的试验件的基体-氧化热影响层的有限元模型；

具体地，根据所述试验件在氧化腐蚀环境下真实的蠕变损伤情况，其承载截面的大小应为原始面积去除氧化影响产生的外层区域。

由此，结合氧化试验结果及蠕变断口形貌建立不同厚度基体-氧化热影响层的两相几何模型。另外，在几何模型的基础上，通过调试对热影响层和基体进行合适的网格划分，并对两相界面进行局部细化使结果精准性提高。

氧化-蠕变损伤本构模型获取模块，用于根据蠕变协变形理论，得到所述试验件的氧化-蠕变损伤本构模型；

具体地，在Kachanov和Ravbotnov提出的连续损伤模型以及Yeh提出的损伤演化率的基础上，建立分切应力与剪切应变率同时主导的蠕变损伤模型：

式中， 为所述试验件的蠕变剪应变率， 为初始蠕变率， 代表所述试验件的不同滑移系，n为所述试验件的温度蠕变参数， 和 分别代表了蠕变损伤机制中的孔洞损伤和材料劣化，且式中 为初始损伤率，m为温度蠕变参数，C和p为模型参数。

对上述蠕变损伤模型进行拆分整理可得：

对时间t进行积分：

考虑蠕变剪应变率 与分切应力 的关系，对上式变形得到：

其中 为材料的损伤， 代表原始材料没有损伤， 代表材料断裂时的损伤值。

代入分切应力与剪切应变率主导的蠕变损伤模型中可得：

对宏观应变率 进行积分：

根据协变形理论内外部材料变形相等即位移相等的原则， 相消失层和基体的变形是一致的，因此有： 

另外，试样的原始加载应力为 ，随着蠕变的进行， 相消失层承载应力为 ，基体承载应力为 ，则有

即： 

式中，S0，S1和S2分别是指原始截面， 相消失层和基体的有效受力面积。

对蠕变损伤 进行时间积分，当损伤达到1时，试件发生蠕变断裂，因此有：

N为滑移系的个数， 为蠕变寿命。

子程序植入模块，用于将编入有所述氧化-蠕变损伤本构模型的子程序植入到有限元软件；

具体地，将以上基于协变形理论的蠕变损伤本构方程，通过FORTRAN语言编入用户子程序（UMAT），并补充到ABAQUS软件包中。

参数获取模块，用于结合所述蠕变曲线和有限元模型在所述有限元软件进行计算，得到所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数；

具体地，考虑到氧化腐蚀环境下热影响层材料易萌生缺陷，其力学性能显著退化，与材料的基体具有不同的力学性能，因此应赋予各层不同的蠕变力学参数。

另外，材料的基体在蠕变过程中也会产生热处理预损伤。基于前述不同预处理条件试验结果即试样在氧化后研磨去除表面氧化层和热影响层之后对试样进行蠕变试验的结果，结合蠕变损伤理论可以得到基体相应热处理时间下的初始损伤。

不同氧化时间下的几何模型具有不同厚度的热影响层，基于热处理演化后的不同初始损伤的基体的数值，拟合不同厚度氧化层得到相应模型参数。

以蠕变试验曲线结果和有限元计算结果为基础，将得到的模型参数计算结果与其对比，若不符合结果便进行适当调整至最优模型参数。

应力及损伤演化分析结论生成模块，用于根据所述氧化-蠕变损伤本构模型的参数，得到对应的试验件的应力及损伤演化分析结论。

具体地，将有限元分析获得的最优参数带入用户子程序（UMAT），并用ABAQUS计算分析得到不同预氧化条件下基体及氧化热影响层对应应力及损伤演化分析结论。

电子设备实施例

其中，参照图11，图11为本发明实施例方案涉及的高温合金应力及损伤演化设备结构示意图。

如图11所示，该高温合金应力及损伤演化设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器Central Processing Unit，CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏Display、输入单元比如键盘Keyboard，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口如无线保真WIreless-FIdelity，WI-FI接口。存储器1005可以是高速的随机存取存储器Random Access Memory，RAM存储器，也可以是稳定的非易失性存储器Non-Volatile Memory，NVM，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构并不构成对高温合金应力及损伤演化设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图11所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及高温合金应力及损伤演化程序。

在图11所示的高温合金应力及损伤演化设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明高温合金应力及损伤演化设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在高温合金应力及损伤演化设备中，高温合金应力及损伤演化设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的高温合金应力及损伤演化程序，并执行本发明实施例提供的高温合金应力及损伤演化方法。

实施例

本实施例的一种高温合金预氧化分层损伤模型，其实施流程如附图1所示，所述试验件可以为采用第二代镍基单晶合金制作而成的工字形试验件，结构尺寸如图2所示。具体操作包括以下步骤：

（1）将多组工字形试验件在1100℃下经历不同氧化时间后进行980℃/270MPa蠕变试验。每种条件下至少取得3个有效试验数据。

（2）取蠕变寿命为中间值的曲线进行分析与拟合，所述试验件的蠕变曲线如图3所示。

（3）依据试验结果在ABAQUS软件中建立所述试验件的基体-氧化热影响层的两相模型，同时进行合适的网格划分和局部细化如图4所示。

（4）将氧化-蠕变损伤本构模型通过用户子程序（UMAT）嵌入有限元软件ABAQUS。随后，为基体赋予相应热处理时间下的初始损伤。基于热处理演化后的不同初始损伤的基体的数值，赋予氧化层较大的数值，拟合不同厚度氧化层得到合适的数值。将计算结果与蠕变试验曲线结果和有限元计算结果（图5）进行对比，反复调整至最优模型参数。

（5）采用最优参数得到基体及氧化热影响层的应力、应变及损伤的分布如图6（a）、6（b）、6（c）、6（d）所示。预氧化50h，200h，500h的热影响层厚度分别为19μm，42μm和70μm，其各自的应力演化如图7（a）、7（b）、7（c）、8所示。以预氧化500h为例，其损伤变化曲线如图9所示。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。