一种马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法、系统、设备及存储介质

本发明涉及金属材料高温疲劳损伤评估，尤其涉及一种马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、9–12%cr铁素体-马氏体耐热钢广泛用于超超临界电站等高温关键构件，该类构件在高温循环载荷作用下易出现循环软化现象，进而降低结构可靠性并缩短疲劳寿命。因此，对循环软化机理与寿命评估方法的研究具有重要的工程意义。

2、目前，针对高温循环载荷下耐热钢疲劳寿命的评估方法主要包括：应变-寿命试验关联模型、滞回能耗散模型以及基于损伤力学的本构模型等。其中，coffin-manson 类应变-寿命模型与滞回能耗散模型因表达式紧凑、参数标定与工程实现相对简便，在工程寿命评估中应用较为广泛。

3、然而，上述以相关性拟合为主的模型通常将高温循环软化所依赖的微观演化过程隐含在拟合系数中，导致模型预测精度在很大程度上取决于对微观演化过程的表征方式。当应变幅或温度变化使得循环软化的主导机理及其权重发生变化时，模型参数的迁移与外推容易产生敏感性，从而影响寿命预测的稳定性和可靠性。

4、此外，关于9–12%cr马氏体耐热钢循环软化的驱动机制，现有研究虽已从位错重排与湮灭、亚晶与胞状结构细化以及晶界迁移等角度展开讨论，但在工程温度与宽应变幅范围内，对各机制贡献随载荷条件变化的定量描述仍不充分。尤其是，由于缺乏能够将位错湮灭的能垒特征与动态恢复的动力学强度进行统一关联的表征方法，现有模型难以连续预测在600℃下这两类位错过程随应变幅变化的相对贡献演化，从而限制了对高温构件循环软化与寿命退化的可靠评估。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法、系统、设备及存储介质。

2、第一方面，本发明提供的一种马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法，包括：

3、获取待评估材料的低周疲劳试验数据和微观组织参数，所述低周疲劳试验数据为待评估材料在预设温度下进行应变控制低周疲劳试验产生的循环应力-应变响应数据；

4、解析所述低周疲劳试验数据，得到待评估材料的流动应力和屈服应力；

5、将所述流动应力和所述微观组织参数输入流动应力分解模型，所述流动应力分解模型利用预设算法处理所述流动应力和所述微观组织参数输出位错密度数据；

6、基于所述屈服应力和微观组织参数确定位错湮灭热力学指示量，并根据位错湮灭热力学指示量判断位错湮灭在热力学上是否可自发发生，得到位错湮灭判断结果；

7、根据位错湮灭判断结果确定循环软化主导原因，并将确定的循环软化主导原因、位错密度数据和微观组织参数输入寿命预测模型，寿命预测模型解析确定的循环软化主导原因、位错密度数据和微观组织参数，输出待评估材料的疲劳寿命预测结果。

8、通过上述技术方案，通过获取低周疲劳试验数据与微观组织参数，为寿命预测提供了多尺度、多物理场的输入信息，克服了传统方法仅依赖宏观的试验数据导致模型物理基础薄弱的问题；通过解析试验数据提取流动应力和屈服应力，能够捕捉待评估材料在循环稳定阶段的力学状态；通过将流动应力与微观组织参数输入流动应力分解模型，反算位错密度数据，使得位错密度的确定能够摆脱对经验拟合的过度依赖，提升了模型的物理清晰度和外推稳健性；通过基于屈服应力等参数确定位错湮灭热力学指示量，并据此判断位错湮灭的自发性，将热力学可行性判据引入工程寿命评估；通过将循环软化主导原因与位错密度数据、微观组织参数一同输入寿命预测模型，在对待评估材料的疲劳寿命进行预测时，充分考虑了宏观实验数据和微观结构述，从而提高马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测结果的准确性。

9、可选地，所述解析所述低周疲劳试验数据，得到待评估材料的流动应力和屈服应力，包括：

10、从同一应变幅值条件下的半寿命滞回环中提取流动应力和屈服应力；

11、所述流动应力的取值为指定寿命比例对应滞回环的拉伸峰值应力值；根据同一滞回环的应力-应变数据取弹性变形阶段终点的应力值作为所述屈服应力。

12、可选地，所述位错密度数据包括位错总密度、初始位错密度和失效位错密度；所述微观组织参数包括泰勒因子、析出物等效半径、析出物体积分数、位错段湮灭长度和交滑移面内位错间距中的至少一个。

13、通过上述技术方案，明确了位错密度数据和微观组织参数的具体内容。

14、可选地，基于电子背散射衍射取向数据计算泰勒因子，基于透射电子显微镜图像测量并统计析出物等效半径、析出物体积分数、位错段湮灭长度以及交滑移面内位错间距。

15、通过上述技术方案，明确了微观组织参数的获取方式。

16、可选地，位错湮灭热力学指示量的计算公式为：

17、；

18、其中，为位错形成能，为迁移能，为空位辅助能，为熵项贡献；

19、；

20、；

21、；

22、；

23、其中，代表马氏体钢在实验温度下的剪切模量，代表马氏体钢的伯氏矢量，代表湮灭的位错段，代表定义塑性流动起点的循环屈服应力，代表位错核心附近畸变场的宽度，代表交滑移面上平行位错之间的间距，代表空位辅助湮灭的温度函数，代表高温下的空位形成能，代表玻尔兹曼常数，代表空位浓度，t代表实验温度，s代表位错滑移与湮灭过程中系统的统计熵。

24、通过上述技术方案，明确了位错湮灭热力学指示量的计算方式。

25、可选地，若位错湮灭热力学指示量为负数，则判定循环软化主导原因为动态恢复与位错湮灭耦合主导；若位错湮灭热力学指示量为正数，则判定循环软化主导原因为以动态恢复主导，位错湮灭受抑制，得到位错湮灭判断结果。

26、通过上述技术方案，明确了循环软化主导原因的判定规则。

27、可选地，所述方法还包括：

28、基于动态恢复模型计算动态恢复率和位错迁移速率参数；

29、根据位错湮灭热力学指示量和动态恢复率判断位错湮灭在热力学上是否可自发发生，得到位错湮灭判断结果；

30、当位错湮灭热力学指示量为负数且动态恢复率为正数时，循环软化主导原因为动态恢复与位错湮灭耦合共同主导；位错湮灭热力学指示量为正数且动态恢复率为负数时，循环软化主导原因为动态恢复主导，位错湮灭受抑制。

31、第二方面，本发明提供一种马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测系统，所述系统包括：

32、获取模块，用于获取待评估材料的低周疲劳试验数据和微观组织参数，所述低周疲劳试验数据为待评估材料在预设温度下进行应变控制低周疲劳试验产生的循环应力-应变响应数据；

33、解析模块，用于解析所述低周疲劳试验数据，得到待评估材料的流动应力和屈服应力；

34、处理模块，用于将所述流动应力和所述微观组织参数输入流动应力分解模型，所述流动应力分解模型利用预设算法处理所述流动应力和所述微观组织参数输出位错密度数据；

35、位错湮灭判断模块，用于基于所述屈服应力和微观组织参数确定位错湮灭热力学指示量，并根据位错湮灭热力学指示量判断位错湮灭在热力学上是否可自发发生，得到位错湮灭判断结果；

36、输出模块，用于根据位错湮灭判断结果确定循环软化主导原因，并将确定的循环软化主导原因、位错密度数据和微观组织参数输入寿命预测模型，寿命预测模型解析确定的循环软化主导原因、位错密度数据和微观组织参数，输出待评估材料的疲劳寿命预测结果。

37、第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：

38、至少一个处理器；以及，

39、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

40、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述所述的马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法。

41、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个计算机程序，所述至少一个计算机程序被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测方法。

42、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

43、通过获取低周疲劳试验数据与微观组织参数，为寿命预测提供了多尺度、多物理场的输入信息，克服了传统方法仅依赖宏观的试验数据导致模型物理基础薄弱的问题；通过解析试验数据提取流动应力和屈服应力，能够捕捉待评估材料在循环稳定阶段的力学状态；通过将流动应力与微观组织参数输入流动应力分解模型，反算位错密度数据，使得位错密度的确定能够摆脱对经验拟合的过度依赖，提升了模型的物理清晰度和外推稳健性；通过基于屈服应力等参数确定位错湮灭热力学指示量，并据此判断位错湮灭的自发性，将热力学可行性判据引入工程寿命评估；通过将循环软化主导原因与位错密度数据、微观组织参数一同输入寿命预测模型，在对待评估材料的疲劳寿命进行预测时，充分考虑了宏观实验数据和微观结构述，从而提高马氏体耐热钢高温疲劳寿命预测结果的准确性。