(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 202210666206.2 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 王心美　李磊　岳珠峰　金鹏　 (74)专利代理 机构 北京律智知识产权代理有限 公司 11438 专利代理师 阚梓瑄 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G16C 20/10(2019.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 高温合金的氧化过程模拟方法及装置 (57)摘要 本公开提供了一种高温合金的氧化过程模 拟方法， 属于材料数值模拟技术领域。 该高温合 金的氧化过程模拟方法可以包括如下步骤： 基于 热力学、 经典氧化动力学 以及静力学， 建立高温 合金的氧化力学 ‑化学的耦合模型。 根据耦合模 型， 确定高温合金的氧化力学 ‑化学的有限元模 型。 根据有限元模型模拟高温合金的氧化过程。 在高温合金的氧化模拟过程中， 无需进行试验， 即可获取高温合金氧化过程中的各种数据。 且由 于该模拟方法是基于高温合金的氧化力学 ‑化学 的有限元模型， 从而能够降低科研人员的工作 量， 提高计算效率， 进而能够完整和准确地模拟 出高温合金的氧化过程。 权利要求书3页 说明书15页 附图7页 CN 115146402 A 2022.10.04 CN 115146402 A 1.一种高温合金的氧化过程模拟方法， 其特 征在于， 所述氧化过程模拟方法包括： 基于热力学、 经典氧化动力学以及静力学， 建立高温合金的氧化力学 ‑化学的耦合模 型； 根据所述耦合模型， 确定高温合金的氧化力学 ‑化学的有限元模型； 根据所述有限元模型模拟所述高温合金的氧化过程。 2.根据权利要求1所述的氧化过程模拟方法， 其特征在于， 基于热力学、 经典氧化动力 学以及静力学， 建立高温合金的氧化力学 ‑化学的耦合模型包括： 基于热力学、 经典氧化动力学以及静力学， 建立第 一方程组， 所述第 一方程组包括位移 场的本构方程和浓度场的本构方程； 所述位移场的本构方程 为： 所述浓度场的本构方程 为： 其中， σij为应力， Dijk1为刚度系数， εk1为应变张量， 下标i、 j、 k、 1分别表示自由指标， 下 标s为金属离子和氧离子， 下标p为氧化物， Δ为梯度算子， ηs为金属离子和氧离子的化学膨 胀系数， cs为金属离子和氧离子的浓度， ηp为氧化物的化 学膨胀系数， cp为氧化物的浓度， δk1 为克罗内克符号， Js为金属离子和氧离子的扩散通道， Ds为金属离子和氧离子的扩散系数， Fs为常数， t r( ε )为应 变的迹， 为偏导数， ε为应 变， X为位移梯度因子， J为离 子扩散通道。 3.根据权利要求2所述的氧化过程模拟方法， 其特征在于， 所述ηs通过第一预设公式确 定， 所述第一预设公式为： 所述Fs通过第二预设公式确定， 所述第二预设公式为： 其中， vm为摩尔体积， 为金属离子和氧离子的摩尔体积， E为弹性模量， ν为泊松比， R 为玻尔兹曼常数， T为温度。 4.根据权利要求2所述的氧化过程模拟方法， 其特征在于， 根据所述耦合模型， 确定高 温合金的氧化力学 ‑化学的有限元模型还 包括： 根据所述位移场的本构方程、 位移场的控制方程、 力的边界条件建立第一基本方程的 弱形式； 根据所述浓度场的本构方程、 浓度场的控制方程， 浓度场的边界条件建立第二基本方 程的弱形式；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115146402 A 2根据所述第一基本方程的弱形式和所述第二基本方程的弱形式确定所述有限元模型。 5.根据权利要求 4所述的氧化过程模拟方法， 其特 征在于， 所述 位移场的控制方程 为： σij,j+fi＝0； 所述力的边界条件为： σijnj－ti＝0； 所述第一基本方程的弱形式为： 其中， v为求解的单元体区域， fi为体力， s为单元体表面， ti为面力， nj为单元体表面的 外法线， δ 为变分符号， d为 微分， u为单 元节点位移， t为时间。 6.根据权利要求5所述的氧化过程模拟方法， 其特 征在于， 所述浓度场的控制方程 为： 所述浓度场的边界条件为： q＝‑n·J； 所述第二基本方程的弱形式为： 其中， q为 通过表面上的物质通 量， RP为氧化反应速率， n 为表面的外法线。 7.根据权利要求6所述的氧化过程模拟方法， 其特征在于， 根据 所述第一基本方程的弱 形式和所述第二基本方程的弱形式确定所述有限元模型包括： 根据所述第一基本方程的弱形式和所述第二基本方程的弱形式， 建立第二方程组， 所 述第二方程组为： 其中， Iu为位移变化引起的不平衡力， 为金属离子和氧离子的浓度变化引起的不平 衡力， Nu为位移场形函数矩阵， Nc为浓度场形函数矩阵， Bu为位移场应变矩阵， Bc为浓度场应 变矩阵， C为浓度， 上 标T表示对矩阵的转置 。 8.根据权利要求7所述的氧化过程模拟方法， 其特征在于， 根据 所述第一基本方程的弱 形式和所述第二基本方程的弱形式确定所述有限元模型还 包括： 根据所述第二方程组建立有限元模型， 所述有限元模型为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115146402 A 3