详情

原文传递一种基于临界面损伤的多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法

专利名称：	一种基于临界面损伤的多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法
摘要：	本发明公开了一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，涉及多轴热机械疲劳强度理论领域，计算多轴机械载荷循环计数、各载荷循环的临界面角度、各载荷循环的临界面纯疲劳损伤、临界面总的纯疲劳损伤、材料临界面上的应力、平均微分临界面载荷历程、各段的临界面等效蠕变应力、各段的临界面蠕变损伤、所有临界面的总蠕变损伤、所有临界面总的非纯疲劳损伤、临界面总损伤以及预测寿命。所提出的寿命预测方法可以较好地预测轴扭多轴变幅热机械加载下合金材料的疲劳寿命。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京工业大学
发明人：	尚德广;侯庚;李道航;薛龙;王海潮;陈烽
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T23:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911338597.X
公开号：	CN110987675A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	沈波
分类号：	G01N3/32;G01N3/24;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/32;G01N3/24
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下，步骤(1)：对轴扭多轴机械载荷进行载荷循环计数；材料在轴扭多轴热机械载荷作用下，利用Wang-Brown方法对轴扭机械载荷进行载荷循环计数，确定每个载荷循环的载荷区间；步骤(2)：计算各个载荷循环的临界面角度；步骤(3)：计算各载荷循环的临界面纯疲劳损伤，步骤(4)：计算临界面总的纯疲劳损伤；利用线性损伤累积理论，计算所有载荷循环的总纯疲劳损伤，计算公式如下：其中，Df为临界面总的纯疲劳损伤；Df,j为第j个载荷循环的临界面纯疲劳损伤；n为通过Wang-Brown方法计数出的载荷循环个数；步骤(5)：计算材料临界面上的应力，步骤(6)：平均微分临界面载荷历程，将材料临界面上的完整应力历程平均微分成若干段；步骤(7)：计算各段的临界面等效蠕变应力，计算公式如下：其中，σc,i为临界面上第i段载荷的等效蠕变应力；σi为临界面上第i段载荷的法向应力；步骤(8)：计算各段载荷的临界面蠕变损伤，计算公式如下： xi＝logσc,i 其中，Ti为第i段载荷的等效温度，等效温度为第i段载荷的平均温度；σc,i为第i段载荷的临界面等效蠕变应力，等效蠕变应力为第i段载荷的平均蠕变应力；Δti为第i段载荷的时间；tc,i为第i段载荷对应的蠕变保持时间；Dc,i为第i段产生的临界面蠕变损伤；a0，a1，a2，a3，a4均为通过单轴蠕变试验数据拟合得到的材料常数；步骤(9)：计算所有临界面的总蠕变损伤；将微分所得各段临界面蠕变损伤线性累积，获得全部载荷循环的临界面蠕变损伤；步骤(10)：计算临界面上总的非纯疲劳损伤，计算公式如下：其中，Dc为有效临界面蠕变损伤；Dnf为材料临界面的非纯疲劳损伤；a，b均为材料常数，需通过单轴恒幅等温疲劳试验数据拟合获得，单轴等温疲劳试验的温度应为可使材料产生明显蠕变损伤的温度；步骤(11)：计算临界面总损伤；总损伤由纯疲劳损伤与非纯疲劳损伤线性累积获得，计算公式如下： Dtot＝Df+Dnf 其中，Dtot，Df，Dnf分别为材料临界面上的总损伤、纯疲劳损伤与非纯疲劳损伤；当材料临界面上的总损伤数值达到1时，材料失效破坏；步骤(12)：计算轴扭多轴变幅热机械载荷下的预测寿命，计算公式如下：其中，N为预测寿命；Dtot为材料临界面上的总损伤。 2.根据权利要求1所述的一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤2中，对于一段载荷历程，材料承受最大剪应变幅的平面共有两个，但这两个具有最大剪应变幅平面上的法向正应变可能并不相等；因此，将具有较大法向正应变变程的最大剪应变幅所在平面作为临界面，并确定材料每个载荷区间的临界面角度，计算公式如下： εy＝-vεx 其中，εθ为θ角度对应平面上的正应变；γθ为θ角度对应平面上的剪应变；εx，εy分别为x方向和y方向的正应变，x方向为试件轴线方向，y方向为试件材料表面内垂直于试件轴线的方向；γxy为试件材料表面内x方向的剪应变；ν为试件材料的泊松比。 3.根据权利要求1所述的一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤3中的计算公式如下：其中，Δγmax为第j个载荷循环的临界面剪应变幅；为第j个载荷循环的临界面法向正应变变程；σ′f为材料的疲劳强度系数；b为材料的疲劳强度指数；ε′f为材料的疲劳塑性系数；c为材料的疲劳塑性指数；E为材料的弹性模量；Df,j为第j个载荷循环使材料临界面产生的纯疲劳损伤；Nf，j为仅考虑纯疲劳损伤时对应的寿命；材料的疲劳强度系数、疲劳强度指数、疲劳塑性系数、疲劳塑性指数、弹性模量的数值，需通过无明显蠕变损伤温度下的单轴恒幅等温疲劳试验获得。 4.根据权利要求1所述的一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤5中的计算公式如下：其中，σθ为θ角度对应平面上的正应力；σeq为平面上的Mises等效应力；σx为x方向的正应力，x方向为试件轴线方向，y方向为材料表面内垂直于试件轴线的方向；τxy为材料表面内x方向的剪应力。 5.根据权利要求1所述的一种基于材料临界面损伤的轴扭多轴变幅热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤9中的计算公式如下：其中，Dc为所有n个载荷循环的临界面总蠕变损伤；Dc,i为载荷历程微分所得第i段载荷的临界面蠕变损伤；m为载荷微分的段数。
所属类别：	发明专利