[發(fā)明專利]一種多軸疲勞壽命預(yù)測模型

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810253959.4
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108491640B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙丙峰;謝里陽;樊富友;胡杰鑫;張詩健;李海洋;李沖
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 李曉光

本發(fā)明涉及一種多軸疲勞壽命預(yù)測模型，求解薄壁構(gòu)件危險部位不同位向角α、不同時刻t下的剪應(yīng)變，得到薄壁構(gòu)件危險部位剪應(yīng)變的變化歷程圖；通過變化歷程圖，主臨界平面和次臨界平面，位向角分別為α_max、α_t；在次臨界面上計算加載周期內(nèi)平均附加強(qiáng)化影響因子；結(jié)合主臨界面上的應(yīng)變參數(shù)，求解臨界面上的主等效應(yīng)變；臨界平面上求得的參數(shù)為主等效應(yīng)變，次臨界平面上求得的參數(shù)為修正應(yīng)變，將兩者合成為等效應(yīng)變；結(jié)合等效應(yīng)變與Manson?Coffin方程聯(lián)結(jié)，求解結(jié)構(gòu)多軸疲勞壽命。本發(fā)明從多軸加載過程中附加強(qiáng)化產(chǎn)生的原理入手，提出了一種新的多軸疲勞壽命預(yù)測模型，具備更高的精度和更廣泛的材料適應(yīng)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械部件壽命預(yù)測模型，具體為一種多軸疲勞壽命預(yù)測模型。

背景技術(shù)

在工程實踐中，大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件都承受著各種形式的循環(huán)載荷，載荷分布大多呈現(xiàn)多軸應(yīng)力狀態(tài)。即使處于單軸外載荷環(huán)境中，鑒于構(gòu)件幾何形狀的復(fù)雜性，其危險部位實際承受的載荷仍呈多軸分布，失效模式同樣屬于多軸疲勞失效。因此，在循環(huán)荷載作用下，對多軸疲勞的研究比單軸疲勞更加接近工程實際，有更廣泛的應(yīng)用背景。

最早的多軸疲勞估算方法通常是將多軸疲勞損傷等效為單軸情況，然后基于單軸疲勞理論研究多軸加載條件下的疲勞壽命預(yù)測方法，主要基于三個準(zhǔn)則：最大主應(yīng)力/主應(yīng)變準(zhǔn)則、Mises等效應(yīng)力/應(yīng)變準(zhǔn)則、Tresca最大切應(yīng)力/切應(yīng)變準(zhǔn)則。大量研究發(fā)現(xiàn)，對于多軸比例加載，這些準(zhǔn)則是有效的，且簡單實用，但在非比例加載情況下，上述準(zhǔn)則都不能給出理想的預(yù)測結(jié)果。在之后幾十年中，通過眾多學(xué)者的努力探索，主要建立了三大類多軸疲勞壽命預(yù)測模型：等效應(yīng)變法、能量法、臨界面法。等效應(yīng)變法和能量法雖然應(yīng)用簡單、計算方便，但應(yīng)用范圍卻十分有限；臨界平面法雖然也有其本身的局限性，但相比于其他兩類方法仍有其明顯優(yōu)勢，并得到了廣泛應(yīng)用。臨界平面法主要有SWT模型、KBM模型、FS模型以及Shang-Wang模型。但以上方法都未能充分考慮附加強(qiáng)化現(xiàn)象對多軸疲勞壽命的影響，即使有些模型考慮到了其影響，也未能明確指出多軸疲勞過程中加載路徑和材料屬性的耦合關(guān)系，未能從本質(zhì)上分析多軸加載過程中的附加強(qiáng)化現(xiàn)象。針對這些問題，現(xiàn)階段還沒有一種臨界平面法模型能全面考慮附加強(qiáng)化現(xiàn)象對多軸疲勞壽命的影響，但即便如此，臨界平面法仍以其他方法無法比擬的優(yōu)勢成為多軸疲勞領(lǐng)域的常用方法。

較為常用的Shang-Wang模型和KBM模塊對于部分材料，兩個模型都具有較高的預(yù)測精度，都會在相應(yīng)的幾種材料上出現(xiàn)預(yù)測精度較低的現(xiàn)象，以上兩種模型的應(yīng)用普遍性較差，不能廣泛應(yīng)用于各種材料，這也是現(xiàn)有多軸疲勞壽命預(yù)測模型普遍存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有臨界平面模型不能全面考慮附加強(qiáng)化現(xiàn)象對多軸疲勞壽命的影響、不能廣泛應(yīng)用于各種材料等不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種具有更高的精度和更廣泛的材料適應(yīng)性的多軸疲勞壽命預(yù)測模型。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種多軸疲勞壽命預(yù)測模型，包括以下步驟：

1)利用有限元分析求解薄壁構(gòu)件危險部位不同位向角α、不同時刻t下的剪應(yīng)變，得到薄壁構(gòu)件危險部位剪應(yīng)變的變化歷程圖；

2)通過上述變化歷程圖，得到最大剪應(yīng)變幅所在的平面，將此平面定義為主臨界平面，并定義此平面的位向角為α_max；

3)定義任意時刻t，通過上述變化歷程圖，得到該時刻最大剪應(yīng)變所在的平面，將此平面定義為t時刻的次臨界平面，并定義此平面的位向角為α_t；

4)在次臨界面上計算一個加載周期內(nèi)平均附加強(qiáng)化影響因子；

5)結(jié)合主臨界面上的應(yīng)變參數(shù)，求解臨界面上的主等效應(yīng)變：