[發(fā)明專利]工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710191049.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107423462B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設計）人: 唐進元;李國文
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/30
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

1.一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法，其特征在于，包括：

步驟S1、通過宏觀有限元分析確定工件的危險區(qū)域；

步驟S2、獲取所述危險區(qū)域的第一表面形貌高度序列矩陣；

步驟S3、對所述第一表面形貌高度序列矩陣進行插值運算得到第二高度序列矩陣；

步驟S4、對所述第二高度序列矩陣內部各區(qū)域的波谷點按深度進行排序，將波谷視為球形凹坑，并以含波谷點z(i,j)的矩陣z(i-1:i+1,j-1:j+1)九個點所圍成區(qū)域所對應對角線方向及中線方向分別構建出過波谷點的四個三角形，計算該四個三角形外接圓半徑的平均值作為波谷的曲率半徑；并以深度最深的波谷點所計算得出的曲率半徑計算所述危險區(qū)域的特征參數，或以綜合兩個或兩個以上深度最深的波谷點相對應曲率半徑進行折中處理的結果計算所述危險區(qū)域的特征參數；

步驟S5、根據所述第二高度序列矩陣構建三維粗糙表面形貌有限元模型；

步驟S6、根據所述危險區(qū)域的特征參數和所述三維粗糙表面形貌有限元模型，進行有限元計算求解得到表面形貌應力云圖結果，對應力云圖進行后處理得到應力集中系數和疲勞缺口系數，然后基于局部應力應變法對工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命進行預測；

其中，i、j為水平面X、Y軸向的分布點坐標，z為高度方向的坐標軸。

2.根據權利要求1所述的工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述第一表面形貌高度序列矩陣為z(m,n)，所述第二高度序列矩陣為z((t+1)m-t,(t+1)n-t)；所述步驟S3包括：

步驟S31、將高度序列矩陣z(m,n)劃分為(m-1)×(n-1)個區(qū)域,各區(qū)域分別對應水平面上相鄰四個點所組成的四邊形，m、n分別為該水平面X、Y軸向的分布點數量；

確定切矢k:

式中p為曲線上的n個離散數據點坐標矩陣，gradient為相鄰點間的中心差分，norm為向量范數；

步驟S32、在曲線上相鄰兩個離散點之間確定兩個控制點e,f：

式中α＝μ·norm(gradient(p))為控制系數；μ＝1/2；

步驟S33、將每個小區(qū)域的四個點兩兩連線得到共六條曲線，計算得到每條曲線上兩個控制點，共得到十二個控制點，結合原來的四個測量點，構成控制矩陣V_4×4，以提供插值點的方向信息；并在每個小區(qū)域插值4t+t²個點，其中t∈{0,1,2,…}，利用控制矩陣V_4×4和Bezier曲面的矩陣形式計算每個小區(qū)域插值后的高度序列矩陣z(t+2,t+2)；計算公式如下：

其中，B(x)為Bernstein基函數，z(i,j)為小區(qū)域插值后第i行第j列元素，記錄點的位置和高度信息。

3.根據權利要求1或2所述的工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S4中的特征參數包括敏感系數q，計算公式如下：

q＝1/(1+w/ρ)；

其中，w為材料系數，ρ為步驟S4所確定的曲率半徑。