[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

技術領域

本發明涉及金屬材料在多步加載的非對稱應力循環控制條件下低周疲勞失效壽命的預測方法。

背景技術

材料/零件在實際服役的過程中，經常受到循環載荷的作用，使得疲勞失效成為零件損壞的主要原因之一。特別是當金屬材料/零件所承受循環載荷的平均應力不等于零，載荷幅值不斷發生變化且足夠大(使材料發生屈服)，便會產生塑性應變不斷累積，嚴重降低了材料/零件的疲勞性能。因此，要確保此類材料/零件使用過程中的可靠性、耐久性和安全性，必須在疲勞設計和安全性評估中考慮材料/零件的非線性疲勞損傷累積特征。在實際服役過程中絕大多數材料/零件承受的載荷都是非對稱周期變化的，且非對稱循環載荷下材料/零件的疲勞壽命預測問題一直是疲勞研究中的難題。

材料的疲勞性能一般以單軸應力-循環次數的形式表示(S-N曲線)，應力隨時間的變化也很有規律，如正弦波、方波或脈沖等。S-N曲線是根據材料的疲勞強度實驗數據得出的應力S和疲勞壽命N的關系曲線。S-N法主要要求零件有無限壽命或者壽命很長，因而應用在零件受有很低的應力幅或變幅，零件的疲勞失效周次很高，一般大于10⁵周次，零件主要只發生彈性變形，亦即所謂高周疲勞的情況。然而，當應力水平較高(較高的應力幅或變幅)時，S-N曲線卻無法準確預測材料的疲勞壽命。特別是當材料服役于多步加載的非對稱應力循環控制條件時，其低周疲勞失效壽命的預測就顯得十分困難。

傳統的Miner法則采用線性損傷理論來獲得材料/零件的疲勞失效壽命，其計算式如下：

n1N1+n2N2+...+niNi+...+nkNk=1]]>

其中，n_i表示某載荷作用圈數，N_i表示在該載荷下的疲勞壽命。Miner法則具有形式簡單、材料常數少等優點，被廣泛應用于材料疲勞壽命的預測。但是，Miner法則并未考慮實際材料疲勞損傷非線性累積的特征，而且不能準確反映前加載步對后續加載步的影響。此外，Miner法則主要適用于對稱循環加載條件下的疲勞壽命估算。所以，對于多步加載的非對稱應力循環控制載荷，使用Miner法則預測材料的疲勞壽命時存在較大誤差。因此，如果未充分考慮材料非線性疲勞損傷累積的特征，以及前加載步對后續加載步的影響，則會導致預測結果與實際情況之間存在很大的誤差，直接導致了壽命評估結果不可靠。為了可靠地評估金屬材料的低周疲勞性能，必須提出一種能快速、方便、準確預測金屬材料在多步加載的非對稱循環應力控制加載條件下的低周疲勞壽命的方法。

發明內容

本發明的目的在于充分考慮材料非線性疲勞損傷累積的特征，以及前加載步對后續加載步的影響，提出了一種預測金屬材料在多步加載的非對稱循環應力控制加載條件下低周疲勞壽命的預測方法，該方法更接近實際情況，預測結果更加科學和準確。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種預測材料在多步加載的非對稱循環應力控制條件下低周疲勞壽命的方法，其方法的步驟為：