[發(fā)明專利]一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711488458.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108182327B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚德廣;李芳代;王金杰;陶志強(qiáng);李志高;惠杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，該方法根據(jù)材料承受熱機(jī)載荷下的損傷機(jī)制，分別求出各部分損傷，并利用線性損傷累積準(zhǔn)則將各部分損傷疊加得到材料熱機(jī)疲勞損傷，進(jìn)而進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。該方法使用方便，不包含任何經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，適用范圍廣，不受加載條件等限制。通過(guò)驗(yàn)證，采用該方法進(jìn)行多軸熱機(jī)械疲勞壽命估算取得較好的預(yù)測(cè)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及疲勞強(qiáng)度領(lǐng)域，特指一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

服役中的各種航天飛行器、壓力容器、核電站、發(fā)電廠以及機(jī)車的零構(gòu)件等通常會(huì)承受變化的多軸機(jī)械載荷與熱載荷同時(shí)作用，進(jìn)而產(chǎn)生熱機(jī)械疲勞損傷。這種復(fù)雜的載荷條件大大縮短了各機(jī)械零部件的使用壽命同時(shí)降低了這些關(guān)鍵零部件的可靠性。因此從理論上系統(tǒng)深入研究多軸熱機(jī)械疲勞損傷過(guò)程及壽命預(yù)測(cè)方法，有效地提高多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)精度，可以保證設(shè)備安全可靠的運(yùn)行，預(yù)防事故的發(fā)生、節(jié)約成本。

目前多軸熱機(jī)械疲勞的壽命預(yù)測(cè)主要是把它轉(zhuǎn)化為高溫條件下的等溫疲勞，而這種情況下往往忽視了熱機(jī)械疲勞的損傷機(jī)理，壽命預(yù)測(cè)模型的使用受到載荷條件及材料的限制，不能廣泛應(yīng)用于熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)。因此，綜合考慮多軸熱機(jī)械疲勞損傷機(jī)理，利用線性損傷累積原則將各種疲勞損傷進(jìn)行疊加進(jìn)而得到多軸熱機(jī)械疲勞損傷，可以廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械零部件的熱機(jī)械載荷條件下的壽命預(yù)測(cè)。因此，研究一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)多軸熱機(jī)械疲勞的發(fā)展要求，提出了一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，該方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1)：將熱機(jī)械疲勞損傷線性劃分為純機(jī)械疲勞損傷，蠕變損傷以及蠕變-疲勞交互作用損傷；

步驟2)：根據(jù)多軸機(jī)械載荷條件，找到具有最大法向應(yīng)變幅的最大剪切應(yīng)變平面作為純機(jī)械疲勞損傷臨界面，并確定臨界面上兩個(gè)最大剪切應(yīng)變幅折返點(diǎn)之間的法向應(yīng)變幅度值；

步驟3)：確定材料不產(chǎn)生蠕變時(shí)的某一溫度所對(duì)應(yīng)的單軸等溫疲勞參數(shù)；

步驟4)：利用確定的高溫疲勞參數(shù)結(jié)合拉伸型統(tǒng)一多軸疲勞損傷模型并考慮平均應(yīng)力計(jì)算得到純機(jī)械疲勞損傷；

步驟5)：將每循環(huán)變化的溫度及多軸機(jī)械載荷按時(shí)間軸劃分為較小的區(qū)間，取區(qū)間上溫度及機(jī)械載荷最大值，當(dāng)軸向應(yīng)力為正時(shí)，取米塞斯等效應(yīng)力值作為多軸蠕變持久應(yīng)力方程計(jì)算參量，當(dāng)軸向應(yīng)力為負(fù)時(shí)，取等效應(yīng)力值為0；

步驟6)：結(jié)合蠕變持久方程計(jì)算得到各載荷下對(duì)應(yīng)的蠕變持久時(shí)間，進(jìn)而得到各區(qū)間上蠕變損傷，累加得到每循環(huán)蠕變損傷；

步驟7)：確定熱循環(huán)高溫段平均溫度，并用高溫單軸疲勞數(shù)據(jù)擬合得到該溫度所對(duì)應(yīng)的蠕變-疲勞交互作用系數(shù)；

步驟8)：利用蠕變-疲勞交互作用系數(shù)，結(jié)合純機(jī)械疲勞損傷和蠕變-疲勞損傷，計(jì)算得到蠕變-疲勞交互作用損傷；

步驟9)：根據(jù)線性損傷累積法則，通過(guò)累加純機(jī)械疲勞損傷、蠕變損傷以及蠕變-疲勞交互作用損傷，得到每循環(huán)熱機(jī)械疲勞損傷，進(jìn)而得到熱機(jī)械疲勞壽命。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提出一種基于線性損傷累積的多軸熱機(jī)械疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。該方法根據(jù)材料承受多軸熱機(jī)載荷下的損傷機(jī)制，分別求出各部分損傷，并利用線性損傷累積準(zhǔn)則將各部分損傷疊加得到材料熱機(jī)疲勞損傷，進(jìn)而進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。該方法使用方便，不包含任何經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，適用范圍廣，不受加載條件等限制。通過(guò)驗(yàn)證，采用該方法進(jìn)行多軸熱機(jī)械疲勞壽命估算取得較好的預(yù)測(cè)效果。

附圖說(shuō)明

圖1為多軸熱機(jī)械疲勞壽命壽命預(yù)測(cè)的方法流程圖。