[發明專利]一種預測多步加載條件下金屬材料低周疲勞壽命的方法

無效

• 申請號: 201210474370.X
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102980806A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 藺永誠;劉正華;陳小敏;陳明松
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種預測多步加載條件下金屬材料低周疲勞壽命的方法，其特征在于可以快速地預測金屬材料在多步加載的非對稱循環應力控制條件下的低周疲勞壽命，該方法的步驟包括：

步驟1：在一系列峰值應力σ_p和應力幅值σ_a的條件下，進行非對稱循環應力控制的低周疲勞實驗，獲得材料的低周疲勞壽命；

步驟2：根據疲勞實驗的工況條件與材料性能，獲得單步加載條件下材料疲勞參數FP的計算式為：其中為材料的疲勞極限，E為材料的彈性模量，σ_p為峰值應力，σ_a為應力幅值，基于實驗測得的材料疲勞壽命，建立材料在單步加載條件下的疲勞壽命預測模型為：N_f＝a₁×exp(_b1×FP)+a₂×exp(b₂×FP)，其中N_f為材料在單步加載條件下的低周疲勞壽命，a₁，b₁，a₂和b₂為材料常數，它們反應了材料疲勞壽命對疲勞參數FP的敏感程度；

步驟3：根據多步加載過程中材料的非線性損傷累積特征，提出多步加載時材料疲勞參數FP′的計算式，建立多步加載的非對稱循環應力控制條件下金屬材料低周疲勞壽命的預測模型，并預測其疲勞壽命，所述的多步加載的非對稱循環應力控制條件下金屬材料低周疲勞壽命的預測模型為：N_fp＝a₁×exp(b₁×FP′)+a₂×exp(b₂×FP′)，其中N_fp為材料在多步加載條件下低周疲勞的預測壽命，FP′為多步加載時的材料疲勞參數。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1中所述的疲勞實驗工況條件包括峰值應力σ_p和應力幅值σ_a，峰值應力σ_p的范圍為σ_s～σ_u，其中，σ_s和σ_u分別為材料的屈服極限和抗拉極限，可通過單軸拉伸實驗或相關的材料性能手冊獲得，應力幅值σ_a的范圍是(0.5～0.7)σ_p。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1中所述的實驗包括單步和多步加載的非對稱循環應力控制的疲勞試驗。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2中所述的材料疲勞極限可通過疲勞實驗或相關的材料性能手冊和文獻獲得，所述的單步加載條件下材料疲勞壽命模型中的a₁，b₁，a₂和b₂等材料常數是采用數據擬合的方法，對實驗數據進行回歸分析獲得。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟3中所述的多步加載時材料疲勞參數FP′的計算式為：其中N_fp為材料在多步加載條件下低周疲勞的預測壽命，i為加載步序號，mm為多步加載的總步數，n_i為第i步的實驗循環圈數，N_i為第i步載荷水平對應的疲勞壽命，FP′_i為第i步加載時的材料疲勞參數值，FP′_m為第mm步加載時的材料疲勞參數值，N_m為第m步載荷水平對應的疲勞壽命，N_i和N_m均是通過步驟2中所述的單步加載條件下的疲勞壽命預測模型獲得。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于：如果所述的第i步加載的應力水平比第i-1步加載的應力水平高，則材料疲勞參數值為如果所述的第i步加載的應力水平比第i-1步加載的應力水平低，則材料疲勞參數值為FP′_i＝FP_i，其中FP_i-1和FP_i均通過步驟2中所述的單步加載條件下材料疲勞參數FP的計算式獲得。