(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211128047.7 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 上海空间推进研究所 地址 201112 上海市闵行区浦江镇 万芳路 801号 申请人 华东理工大 学 (72)发明人 范凯　钟继如　赵和明　晏飞　 邱卫东　沈俊　 (74)专利代理 机构 上海段和段律师事务所 31334 专利代理师 黄磊 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 30/15(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法 和系统 (57)摘要 本发明提供了一种航天薄壁金属焊接接头 断裂性能的获取方法和系统， 包括： 制备典型位 置小尺寸薄片试样； 通过微拉伸试验测得试验 载 荷‑位移曲线， 并计算得到对应材料的真应力 ‑真 应变曲线； 基于损伤力学模型的有限元法进行微 拉伸模拟， 并输出模拟载荷 ‑位移曲线， 采用智能 算法自动调整材料损伤参数直至满足目标函数； 根据真应力 ‑真应变曲线和最优材料损伤参数， 按照目前断裂韧度测试相关标准中规定的标准 SENB/CT试样进行弯曲/拉伸试验模拟， 计算得到 焊接接头各典型位置所对应的裂纹扩展阻力曲 线簇和断裂韧度分布。 本方明的方法及系统可有 效解决航天薄壁金属焊接接头无法按现有标准 规范进行断裂性能测定的问题， 同时获取过程简 单、 方便、 可靠、 成本低。 权利要求书4页 说明书11页 附图7页 CN 115493932 A 2022.12.20 CN 115493932 A 1.一种航天薄壁金属焊接 接头断裂性能获取 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 针对待获取的航天薄壁金属焊接接头典型位置x1、 x2、 ...、 xn， 制备小尺寸薄片 试样Sf1、 Sf2、 ...、 Sfn； 步骤S2： 对制备的小尺寸薄片试样Sf1、 Sf2、 ...、 Sfn依次进行微拉伸试验TE1、 TE2、 ...、 TEn， 测得试验载荷 ‑位移曲线 根据试验载荷 ‑位移曲线和薄片试样计 算得到各位置局部材 料的真应力 ‑真应变曲线Cσ ε 1、 Cσ ε2、 ...、 Cσ εn； 步骤S3： 根据得到的真应力 ‑真应变曲线Cσ ε1、 Cσ ε2、 ...、 Cσ εn， 采用基于损伤力学模型的 有限元法对微拉伸试验TE1、 TE2、 ...、 TEn进行模拟， 并输出模拟载荷 ‑位移曲线 步骤S4： 建立目标函数F(DP)， 采用智能算法评估模拟 载荷‑位移曲线 和测得的试验载荷 ‑位移曲线 的误差， 通过自动调整材料损伤参数直至 满足目标函数， 并输出最优材 料损伤参数D P1、 DP2、 ...、 DPn； 步骤S5： 根据得到的真应力 ‑真应变曲线Cσ ε1、 Cσ ε2、 ...、 Cσ εn和材料损伤参数DP1、 DP2、 ...、 DPn， 对待获取 薄壁金属焊接接头不同位置按照目前断裂韧度测试相关标准中规定 的标准SENB/CT试样SSENB/CT1、 SSENB/CT2、 ...、 SSENB/CTn进行弯曲/拉伸试验模拟， 输出每组试验 中每一加载点i对应的载荷、 位移和裂纹扩展长度(P1i,V1i,a1i)、 (P2i,V2i,a2i)、 ...、 (Pni, Vni,ani)； 步骤S6： 根据得到的(P1i,V1i,a1i)、 (P2i,V2i,a2i)、 ...、 (Pni,Vni,ani)， 计算得到焊接接头 各典型位置x1、 x2、 ...、 xn所对应的裂纹扩展阻力曲线CR1、 CR2、 ...、 CRn和断裂韧度JIC1、 JIC2、 ...、 JICn； 步骤S7： 对n组数据对(x1,JIC1)、 (x2,JIC2)、 ...、 (xn,JICn)作图， 得到航天薄壁金属 焊接 接头的断裂韧度分布； 对n组裂纹扩展阻力曲线CR1、 CR2、 ...、 CRn作图， 得到航天薄壁金属焊 接接头裂纹扩展阻力曲线簇 。 2.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 航天薄壁金属焊接接头典型位置包括： 焊接熔合区FZ、 热影响区HAZ、 近界面区NIZ以及 母材 区BMZ。 3.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 小尺寸薄片试样的厚度B1取0.3mm～2mm； 拉伸段宽度W1取2mm～5mm， 长度L1取8mm～12mm。 4.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 步骤S2采用： 步骤S2.1： 在试验载荷 ‑位移曲线 上选取多组载荷位移数据对(p1,v1)、 (p2, v2)、 ...、 (pn,vn)； 其中， pn表示载荷， vn表示位移； 步骤S2.2： 基于每组载荷位移 数据对(pi,vi)计算得到对应的工程应力 和工程应变 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115493932 A 2步骤S2.3： 将工程应力 和工程应 变 转化为真应力 和真应变 步骤S2.4： 将所有真应力真应变数据对 作图， 得到材料真应力 ‑真应变曲线 Cσ ε。 5.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 步骤S4中目标函数 F(DP)采用： 其中， N表示位移区间输出的模拟载荷个数； 和 分别为在位移点j的模拟载荷和 试验载荷。 6.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 损伤力学模型的选取由焊接接头材料的断裂机理决定， 包括： Beremin损伤力学模型、 Rousselier损伤力学模型或Gurson ‑Tvergaard ‑Needleman损伤力学模型； 具体材料损伤参 数的数量和类型由所采用的损伤力学模型决定 。 7.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 S4采用： 步骤S4.1： 由智能算法的优化能力确定对比评估组数m和每组数据数k； 步骤S4.2： 设定第一组位移 输入初始材料损伤参 数进行有限元仿真， 利用Python脚本识别对应的载荷 ， 并输出至 Matlab分析 软件； 步骤S4.3： 判断目标函数F(DP)是否满足要求， 如不满足要求， 智能算法自动通过 python脚本对材料损伤 参数进行调整， 直至目标函数F(DP)满足要求； 重复触发步骤S4.2至 步骤S4.3依次对剩余m ‑1组进行识别评估， 直至全部载荷 ‑位移曲线识别完成。 步骤S4.4： 输出最终的最优材 料损伤参数。 8.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 步骤S5采用： 每一载荷步的裂纹扩展长度ai为由孔洞体积分数云图中测量得到的裂纹在初始 裂纹平 面上的投影扩展长度aiVVF与裂纹起裂前的裂尖钝 化效应修 正值CTOD/2之和： ai＝aiVVF+CTOD/2 其中， CTOD表示裂纹张开 位移。 9.根据权利要求1所述的航天薄壁金属焊接接头断裂性能获取方法， 其特征在于， 所述 步骤S6采用： 步骤S6.1： 计算每一加载点 i所对应的应力场强度因子Ki；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115493932 A 3