[發明專利]一種基于試件表面溫度演化分析的金屬疲勞壽命預測方法

有效

• 申請號: 201611183953.1
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106644781B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 劉雪松;郭少飛;方明;逯地;程森
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N25/20
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 范光曄

本發明公開了一種基于試件表面溫度演化分析的金屬疲勞壽命預測方法。根據疲勞失效后試件自然冷卻階段的溫升值演化曲線計算相應的熱散失率演化曲線。將溫升值演化曲線和熱散失率演化曲線結合分析，獲得表示試件與外部環境之間熱交換的熱散失率和溫升值對應關系。根據這種對應關系確定臨界溫升值。以臨界溫升值為標準確定初始溫度上升階段選取范圍，準確計算初始溫升斜率，進而確定預測模型參數，對金屬材料的疲勞壽命進行預測。本發明解決了現有相關技術不能準確測定初始溫升斜率的關鍵基礎問題，同時具有快速、經濟、準確等優點，是一種先進高效的金屬材料疲勞性能分析檢測新技術。

技術領域

本發明涉及一種基于試件表面溫度演化分析的金屬疲勞壽命預測方法，屬于金屬疲勞壽命預測方法技術領域。

背景技術

疲勞破壞是引起工程結構失效的最主要原因，工程結構中因疲勞失效引起破壞事故占失效總數的80％以上。另一方面，疲勞破壞事故又具有突然性。結構在發生疲勞失效之前往往沒有明顯的塑性變形，使得疲勞破壞事故難以通過檢測手段進行預防。因此，在設計和生產制造之前對材料的疲勞性能進行有效的評估就顯得非常重要。

目前常用的疲勞研究手段主要是經驗性的。通過記錄金屬材料在不同載荷下的疲勞壽命，并對試驗結果進行統計分析，進而評估試驗材料的疲勞性能。然而這些疲勞試驗方法存在著試驗周期長、試件消耗大、數據離散等一系列不足。這些都為獲取材料的疲勞性能帶來了相當大的困難。

近些年來，一系列基于試件在疲勞載荷下能量耗散的金屬材料疲勞性能分析檢測方法被提出，被稱為能量方法。與傳統試驗方法相比，能量方法在很大程度上縮短了試驗周期，減少了試驗材料的消耗，是一種快速、經濟、準確的金屬材料疲勞性能分析檢測技術。其中，哈爾濱工業大學的張亮在其博士學位論文—《鋁合金高周疲勞的能量耗散模型及壽命預測》中提出了一種基于能量耗散的金屬材料高周疲勞壽命預測模型，并提出材料在疲勞載荷下的能量耗散可以用試件在疲勞載荷作用下溫度演化曲線初始階段的溫度增加速率(簡稱為初始溫升斜率)來表示。然而，在張亮所提出的方法中沒有明確“初始階段”的選取標準，使得根據不同范圍的初始溫度上升階段計算得到初始溫升斜率之間具有較大的差異，這給實際應用造成了一定程度的困難。

對于用初始溫升斜率表示能量耗散率的現有疲勞壽命預測技術來說，準確測定待測金屬材料在不同載荷下的初始溫升斜率是關鍵性的基礎。現有技術在這一方面并沒有給出明確的標準，造成了對于相同的溫升曲線選取不同的計算范圍得到的初始溫升斜率差別較大。這一問題使得現有技術在實際使用中帶有很強的經驗性，在很大程度上限制了現有技術在實際中的應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，即現有技術在這一方面并沒有給出明確的標準，造成了對于相同的溫升曲線選取不同的計算范圍得到的初始溫升斜率差別較大。這一問題使得現有技術在實際使用中帶有很強的經驗性，在很大程度上限制了現有技術在實際中的應用。進而提供一種基于試件表面溫度演化分析的金屬疲勞壽命預測方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于試件表面溫度演化分析的金屬疲勞壽命預測方法，