[發明專利]工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法及系統

有效

• 申請號: 201710191049.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107423462B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（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

本發明涉及工件疲勞壽命預測領域，公開一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法及系統，以提高預測結果的準確性。本發明方法包括：獲取工件危險區域的第一表面形貌高度序列矩陣；對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，并以三點共圓法計算插值后占主導地位波谷谷底的曲率半徑，進而得到相應的危險區域的特征參數，然后根據該特征參數和基于第二高度序列矩陣構建的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，最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；提高了預測結果的準確性和精度。

技術領域

本發明涉及工件疲勞壽命預測領域，尤其涉及一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法及系統。

背景技術

工件的疲勞性能取決于表面完整性，直接引入表面系數考慮表面的影響是不精確的。表面形貌是表面完整性中的一個重要參數；表面形貌產生的應力集中效應對工件的疲勞壽命產生了重要影響，不同表面形貌對工件疲勞性能的影響差異非常大?，F在大部分對疲勞壽命的預測是通過采取大量樣本進行實驗的方法，這花費了大量的時間和成本，而且因為樣本與實際工件以及工作條件存在差異，導致預測與實驗結果存在很大的不確定性。

長期以來，國內外學者對工件考慮表面形貌的疲勞壽命進行了研究?；诮y計參數將模型簡化為缺口模型，研究了表面形貌對應力集中效應和疲勞壽命的影響。統計參數只能描述表面形貌的平均特征，即使針對極值特征的參數Ry和Rz也會丟失表面形貌的許多信息?；诮y計參數的簡化模型難以反映實際表面形貌特征，這極大影響了預測結果的準確性。

發明內容

本發明目的在于公開一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法及系統，以提高預測結果的準確性。

為實現上述目的，本發明公開了一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測方法，包括：

步驟S1、通過宏觀有限元分析確定工件的危險區域；

步驟S2、獲取所述危險區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。

為實現上述目的，本發明還公開一種工件考慮三維粗糙表面形貌的疲勞壽命預測系統，包括：

第一處理模塊、用于通過宏觀有限元分析確定工件的危險區域；

第二處理模塊、用于獲取所述危險區域的第一表面形貌高度序列矩陣；

第三處理模塊、用于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；