[發明專利]一種二維隨機載荷作用下疲勞壽命的計算方法

有效

• 申請號: 201710191129.9
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107122521B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 藤瑞品;宋曉琳
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

本發明公開了一種二維隨機載荷作用下疲勞壽命的計算方法，實施步驟包括：通過對目標材料進行試驗采集載荷譜數據經統計學分析得到載荷譜數據的幅值、均值兩者各自的分布特性及概率密度函數；推算出載荷譜數據的當量載荷的概率密度函數；利用隨機載荷作用下的Miner定則和三參數經驗公式得出二維隨機載荷作用下的累積疲勞損傷計算模型；根據累積疲勞損傷計算模型反求累積疲勞損傷等于1時的疲勞壽命計算模型；根據疲勞壽命計算模型求得目標材料在二維隨機載荷作用下的疲勞壽命。本發明能夠在零件設計的前期快速地、更準確地對疲勞壽命進行預測，為零件的耐久性設計提供前期參考，降低零部件在開發過程中的失效風險，從而縮短零部件的開發周期。

技術領域

本發明涉及載荷譜分析技術，具體涉及一種二維隨機載荷(考慮載荷幅值和載荷均值均為隨機變量)作用下疲勞壽命的計算方法。

背景技術

載荷譜分析是汽車壽命預測和疲勞耐久設計過程中的一項關鍵內容。在進行疲勞耐久研究時，載荷的施加一般有兩種處理方法，一是施加循環載荷，二是施加隨機載荷。采用隨機載荷加載由于考慮了載荷的統計特性，因此要比采用循環載荷加載更符合汽車的實際使用條件。隨機載荷一般服從某種連續性的概率分布，例如正態分布、指數分布、對數正態分布、極值分布以及三參數威布爾分布等。隨機載荷作用下構件的疲勞分析應該綜合運用概率統計理論和力學分析方法來解決疲勞分析和設計中的問題。汽車在隨機載荷作用下工作時，其載荷的均值與幅值都是隨機變化的，均值與幅值在載荷譜中應視為二元隨機變量。在大多數情況下，載荷幅值X服從威布爾分布，均值Y服從正態分布。由于載荷幅值和載荷均值的變化同樣都會對零件的疲勞壽命造成較大影響，為了使研究結果更符合零件的實際工作狀態，從而更準確地對零件的疲勞壽命進行預測，對基于載荷幅值和均值均為隨機變量的二維隨機載荷作用下的疲勞壽命進行深入研究是非常有必要的。二維隨機載荷作用下疲勞壽命的計算，已經成為一項亟待解決的關鍵的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種解決了需同時考慮載荷幅值和載荷均值各自的統計特性下的疲勞壽命的計算問題，能夠在零件設計的前期快速地、更準確地對疲勞壽命進行預測，為零件的耐久性設計提供前期參考，降低零部件在開發過程中的失效風險，從而縮短零部件的開發周期的二維隨機載荷作用下疲勞壽命的計算方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種二維隨機載荷作用下疲勞壽命的計算方法，實施步驟包括：

1)通過對目標材料進行試驗采集載荷譜數據，經統計學分析得到所述載荷譜數據的幅值、均值兩者各自的分布特性及概率密度函數；

2)推算出所述載荷譜數據的當量載荷S_eq的概率密度函數f(S_eq)；

3)利用式(1)所示隨機載荷作用下的Miner定則和式(2)所示在整個中、長壽命區間疲勞壽命和載荷之間的三參數經驗公式得出二維隨機載荷作用下的累積疲勞損傷計算模型；

N_f(S-S₀)^β＝α (2)

式(1)和式(2)中，D表示目標材料的累積疲勞損傷，N表示目標材料受到的循環載荷總數量，f(S)表示隨機載荷的概率密度函數，N_f表示目標材料在載荷S作用下的疲勞壽命，S表示目標材料受到的載荷，S₀表示為常數的載荷系數，α、β為常數系數；

4)根據所述累積疲勞損傷計算模型反求累積疲勞損傷等于1時的疲勞壽命計算模型；

5)根據所述疲勞壽命計算模型求得目標材料在二維隨機載荷作用下的疲勞壽命。

優選地，步驟2)的詳細步驟包括：