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原文传递一种基于单轴疲劳S-N曲线的硬质金属材料多轴高周疲劳失效预测方法

专利名称：	一种基于单轴疲劳S-N曲线的硬质金属材料多轴高周疲劳失效预测方法
摘要：	本发明公开了一种基于单轴疲劳S‑N曲线的硬质金属材料多轴高周疲劳失效预测方法，以单轴拉压疲劳和纯扭转疲劳的S‑N曲线为边界条件，计算出材料在多轴疲劳加载过程中的等效应力幅值和等效应力幅比，并将其作为损伤参量，对单轴疲劳获得的疲劳S‑N曲线进行计算，最终建立了包含应力幅比和平均应力影响的硬质金属材料多轴高周疲劳失效寿命预测模型，同时也适用于不存在平均应力时的情况。现有多轴疲劳寿命预测模型均需进行相应加载方式下的多轴疲劳试验，试验成本较高。相比较，本发明形式简单，且仅需要进行单轴疲劳试验或者通过查手册得到单轴疲劳S‑N曲线即能准确地预测存在应力幅比和平均应力时硬质金属材料在多轴高周疲劳加载下的疲劳寿命。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	时新红;亓新新;刘天奇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910644638.1
公开号：	CN110274826A
代理机构：	北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人：	杨学明;顾炜
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种基于单轴疲劳S-N曲线的硬质金属材料多轴高周疲劳失效预测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤A，进行单轴拉压及纯扭转疲劳试验或者通过查手册得到金属材料的单轴拉压疲劳极限σu与纯扭转疲劳极限τu、单轴拉压与纯扭转疲劳S-N曲线分别为： lgNT＝aT+bTlg(σx,a-σf),lgNS＝aS+bSlg(τx,a-τf) 式中，NT、NS分别为单轴拉压与纯扭转疲劳寿命；aT、bT、σf为单轴拉压疲劳S-N曲线拟合参数，aS、bS、τf为纯扭转疲劳S-N曲线拟合参数，均可通过试验或查手册得到；步骤B，根据步骤A得到的单轴拉压和纯扭疲劳极限，计算金属材料的纯扭疲劳极限与单轴拉压疲劳极限的比值，如果比值处于之间，则材料为硬质金属材料，适用于该方法的多轴高周疲劳失效预测模型；否则不适用；步骤C，如果步骤B的材料硬质金属材料，则进一步对加载方式进行判断，如果加载方式为多轴加载，则适用于该方法的多轴高周疲劳失效预测模型；否则不适用；步骤D，如果步骤C的加载方式为多轴加载，则根据应力状态，判定多轴加载类型属于拉扭复合加载、双轴拉压加载或弯扭复合加载中的哪一种；步骤E，对结构的危险部位进行理论计算或者有限元分析，得到危险部位的轴向应力幅σx,a、轴向平均应力σx,m，剪切应力幅τxy,a、剪切平均应力τxy,m；步骤F，若由步骤E得到的轴向应力幅σx,a和轴向平均应力σx,m之和不大于拉伸屈服强度σs，以及剪切应力幅τxy,a和剪切平均应力τxy,m之和也不大于剪切屈服强度τs时，即没有塑性应变时，则适用于该方法的多轴高周疲劳失效预测模型；否则为低周疲劳，不适用于多轴高周疲劳失效预测模型；步骤G，对于σx,m≠0或τxy,m≠0的情况，采用Goodman准则将轴向应力和剪切应力分别等效为应力比为-1时的应力幅值其计算式如下：确定等效应力幅比和等效von Mises应力幅值当σx,m＝0且τxy,m＝0时，则等效应力幅比和等效von Mises应力幅值步骤H，将A步骤得到的单轴疲劳S-N曲线及G步骤得到的等效应力幅比λ*和等效vonMises应力幅值带入硬质金属材料多轴高周疲劳寿命预测模型：式中，Nλ为多轴高周疲劳寿命；步骤I，计算并得到该加载条件下的多轴疲劳寿命Nλ；步骤J，结束。
所属类别：	发明专利