(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 202210996819.2 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李勇　甘宛妮　侯婷　李东升　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 专利代理师 陈陈数 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性 协同预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑温度历程的铝合金 蠕变时效形性协同预测方法， 研究材料在不同温 度、 不同应力等级及时间下应力分量及激活能变 化特性及其量化数据， 构建可考虑复杂温度历程 的铝合金蠕变变形模型； 在此基础上， 基于时效 析出动力学 理论， 构建复杂温度历程下铝合金蠕 变或应力松驰时效耦合下强化性能预测模型， 实 现升温‑保温‑降温全流程CAF工艺形性协同预 测。 本发明解决了现有 方法仅能实现单一恒定温 度下铝合金蠕变时效预测的局限性， 对CAF工艺 全流程及其改进高效率变温CAF工艺精确预测及 其构件制造的数值模拟均有重要指导 意义。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115312146 A 2022.11.08 CN 115312146 A 1.一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1， 在带加热炉的单向拉伸试验机上， 在不同温度下， 分别对铝合金材料进行单轴拉 伸‑连续短时应力松驰试验， 获得相应温度下 材料初始状态下的短时应力松驰曲线数据； S2， 在带加热炉的单向拉伸试验机上， 在不同温度下， 分别 对铝合金材料进行应力松驰 试验和单轴拉伸 ‑连续短时应力松驰试验， 获取铝合金材料在相应温度下不同应力松驰时 效状态后的连续短时应力松驰实验数据； S3， 基于S1和S2 获得的试验数据， 分析并计算获得铝合金材料在不同温度、 不同应力等 级或应变等级、 不同应力松驰时间下的材 料的变形激活能Q； S4， 建立考虑温度、 应力和时间的激活能变化模型， 以及以激活能为变量的铝合金蠕变 变形模型； S5， 建立基于铝合金析出动力学以及应力耦合影响的考虑温度影响的铝合金析出相 演 变模型及 铝合金强化预测模型； S6， 在带加热炉的单向拉伸试验机上进行不同温度、 不同应力等级下的蠕变时效和应 力松驰试验， 获得相应温度和应力等级下 的铝合金材料 的蠕变曲线、 应力松驰曲线和性能 演变曲线数据； S7， 基于S6中获得的试验数据， 对S5中的铝合金强化预测模型进行参数拟合校准和验 证； S8， 通过所述铝合金蠕变 变形模型及强化预测模型对铝合金蠕变时效形性进行 预测。 2.根据权利要求1所述的一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其 特征在于， 所述单轴拉伸 ‑连续短时应力松驰实验的步骤， 具体包括： S101， 采用准静态的方式， 通过单向拉伸试验机对材料拉伸至指定的变形等级， 停止拉 伸， 保持短时间的应力松弛， 记录应力随时间降低的数据； S102， 采用快速加载的方式， 通过单向拉伸试验机对材料拉伸至S101停止拉伸时的单 向拉伸机所记录的应力等级， 停止拉伸， 保持短时间的应力松弛， 记录应力随时间变化的数 据； S103， 重复步骤S101 ‑S102两次； S104， 选取下一级的变形等级， 重复步骤S101 ‑S103， 直至拉伸达到最高的应变等级， 结 束实验； 其中， 所述变形等级包括应力等级和应变等级， 位于弹性区域的所述应力等级由低到 高至少设置三级， 位于塑性区域的所述应变等级由低到高至少设置三级， 所述短时间取 10s‑30s。 3.根据权利要求2所述的一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其 特征在于， 所述S3的步骤， 具体包括： S301， 基于S2中的实验数据， 采用下述方式进行拟合， 以获得此材料状态、 此温度及变 形等级下内应力分量σi： 其中， t为应力松驰时间、 σ0为初始应力等级、 σ 为随时间变化的应力数据、 a和 b为待拟合权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115312146 A 2常数、 σi为内应力分量， 且与有效应力σe共同组成整体 应力， 表示 为σ ＝σi+σe； S302， 提取S101中的第一次应力松驰结束时的应变速率以及S102中的第二次应力松驰 开始时的应 变速率， 利用下述方程， 拟合获得 此状态下 材料的激活体积数据V： 其中， T为温度， 为第二次应力松驰开始时的应变速率， 为第一次应力松驰结束 时的应变速率， Δσ 为第一次应力松驰过程整体 应力变化 量， c为待拟合常数； S303， 基于S302中的内应力分量σi、 有效内应力分量σe和激活体积V， 通过下述公式计算 获得材料在不同应力松驰时间、 温度及变形状态下的激活能Q： Q＝(ΔG0‑Vσe)； 其中， ΔG0为材料在绝对零度下的吉布斯自由能， V为激活体积， σe为有效内应力分量。 4.根据权利要求3所述的一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其 特征在于， 所述S4的步骤， 具体包括： S401， 建立激活能随温度以及应力松驰过程中变形状态下的模型； S402， 建立包含激活能变化的变量的铝合金蠕变变形材料模型， 通过步骤S401中激活 能随时间、 温度以及变形等级的变化， 以实现所述铝合金蠕变变形模型对各类温度及变形 变化历程的模拟预测。 5.根据权利要求4所述的一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤S401， 具体包括： a.激活能随温度变化 Q0(T)模型为： Q0(T)＝(1‑k1T/Tm)Q0； 其中， Tm为材料融化温度、 T为蠕变时效温度、 Q0为参考激活能、 k1为材料常数； b.激活能随变形变化 模型为： 其中， k2为常数、 为塑性应 变速率。 6.根据权利要求4所述的一种考虑温度历程的铝合金蠕变时效形性协同预测方法， 其 特征在于， 所述 步骤S402， 具体包括： a.蠕变变形模型为： 其中， 为位错密度、 R为空气常数、 k3， k4为材料常数、 为蠕变应变速率； b.材料常数k3设置为随温度而变化， 具体为下述公式： 其中， k30为材料常数， QA为相对应的激活能量； c.位错密度的演变方程 为下述公式： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115312146 A 3