[發明專利]TC4焊接構件壽命Nf預測和可靠度R分析方法

有效

• 申請號: 201410305984.4
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104089835B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 林有智;傅高升;廖萍;潘玉成;李宗文;高平生;魏煒;宋莉莉;劉珍珠
• 申請（專利權）人: 寧德職業技術學院
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 福州科揚專利事務所 35001
• 代理人: 徐開翟

技術領域

本發明涉及一種焊接構件壽命預測和可靠度分析方法，特別是一種對TC4合金壽命的預測和可靠度分析方法。?

技術背景

TC4鈦合金，即美國牌號的Ti₆Al₄V焊接構件，具有密度小、韌性好、比強度高、耐腐蝕和中低溫性能好等特點，因此在眾多鈦合金中，TC4的應用最為廣泛，用量超過全世界鈦合金總量的50％。TC4是航空、航天、船舶、軍事等領域的重要材料。比如在船舶艦艇領域就可應用于船體結構、推進系統、電力系統、電子信息系統及特種裝置等多個方面。?

隨著TC4鈦合金使用的增加和其結構件形狀的日趨復雜，關于TC4鈦合金及其焊接結構疲勞性能的研究也越來越多，并與迅速發展的損傷理論相結合。?

與傳統疲勞理論相比，連續疲勞損傷理論的優點是更符合試驗觀察到的疲勞過程的微觀機理；損傷變量可以更直接地度量疲勞損傷過程；便于考慮疲勞損傷之間的耦合與相互影響。?

在總應力低于350?MPa的中小載荷范圍。線性損傷模型預測的壽命偏于保守，這會造成生產成本和使用上的浪費。比如在250?MPa的線性損傷模型預測的壽命還不到真實壽命的10％，大大地降低了其經濟效益。?而本發明的非線性損傷模型預測的損傷累積量明顯小于線性預測值，其壽命預測與實際情況更為接近。因此，本發明在這范圍有很大的工程應用價值。?

發明內容

為解決上述問題，本發明通過TC4鈦合金焊接試樣的疲勞試驗，探索其非線性損傷模型，并利用該模型計算焊接構件壽命和可靠度。?

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:?

一種對TC4焊接構件壽命N_f預測和可靠度R分析方法，即美國牌號的Ti₆Al₄V焊接構件壽命N_f預測和可靠度R分析，其特征在于：

其中，所述壽命Nf預測方法包括以下步驟：

（一）對TC4?試樣進行預處理，所述預處理，首先將?TC4?試樣清洗干凈后放在稀釋的?NaOH?+酒精溶液中浸泡，然后將試樣在室溫下浸泡于HF?+?HNO₃+水的溶液中，再用冷水和丙酮分別漂洗干凈。

（二）對試樣進行氬弧焊，氬弧焊為采用對稱施焊，焊縫高溫區正反面采用氬氣拖罩保護，經氬弧焊接的TC4構件焊縫質量符合GJB1718A中的Ⅰ級焊縫質量的要求。?

（三）對試樣進行疲勞試驗，TC4?焊接試樣疲勞試驗在?Instron?－?1341?試驗機上進行，?疲勞試驗按照國家標準?GB?/T305?1982《金屬軸向疲勞實驗方法》進行，?疲勞載荷采用正弦波循環，加載方式為軸向加載，試驗環境為室溫和標準大氣壓，通過疲勞試驗得到?TC4?鈦合金焊接件的疲勞極限?σ及S-?N?曲線。?

該TC4鈦合金焊接件的疲勞極限σ_-1為225?MPa，其S-N曲線圖2所示。?

對疲勞損傷模型?進行改進創新：?

設t=1-D;則dD=d（1-t）=-dt；代入上式，并改變積分上下限分別為0與1-D₀

設u=，則du=d()=(β+1)t^βdt;即dt=?；代入上式，并改變積分限分別（1-D₀）^β+1與0；

設v=1-u；則du=d（1-v）=-dv；代入上式，并改變積分上下限分別為1-（1-D₀）^β+1與1；

所以有初始損傷d的構件壽命為：

證明成立。

（四）測定材料損傷狀態參數Do值，采用公式?獲得材料損傷狀態參數Do值，其中V₁為采用它無損檢測設備測量的超聲波速率，V₀為尺寸無損傷構件的超聲波速度。?

（五）測定試樣的應力值σ₁，σ₂和σ₃?，利用應力測定儀或者硬度計測應力。?

?（六）再根據公式計算在設定溫度T和應力σ下構件的使用壽命，其中參數?，σ_T為總應力，。?

?其中，所述可靠度R分析方法包括：?