[發明專利]一種金屬材料的疲勞壽命厚度曲線繪制方法

在審

• 申請號: 201910555384.6
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110320103A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 何宇廷;伍黎明;張騰;安濤;馮宇;崔榮洪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G06F17/15
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產權代理有限公司 50219
• 代理人: 張建斌

本發明公開了一種金屬材料的疲勞壽命厚度曲線繪制方法，本發明借助有限元方法來求解試樣厚度對疲勞缺口系數的影響，從而在傳統局部應力應變法中考慮厚度變化對危險部位局部應力應變的影響，實現不同厚度結構的疲勞壽命估算，得到不同厚度下該材料結構的N?T曲線，彌補傳統方法無法進行不同厚度結構疲勞壽命預測的不足，可以實現對不同厚度結構的疲勞壽命估算，無需開展不同厚度板的疲勞試驗，經濟效益顯著，且對不同厚度結構危險部位的危險程度依據壽命長短進行排序，從而在疲勞試驗中確定危險部位的檢查順序，或在定期修理工作中確定危險部位的檢查順序，可以極大地提高工作效率。

技術領域

本發明屬于金屬結構壽命預測技術領域，涉及一種用于常用金屬材料的疲勞壽命(N)—厚度(T)曲線繪制方法，能夠基于常用金屬材料已有的力學性能試驗數據，通過計算并繪制出該材料結構的三維疲勞壽命隨厚度的變化曲線，即N-T曲線。

背景技術

通常，為確保足夠的安全系數，結構疲勞壽命的設計和評估采用厚板平面應變狀態下的試驗數據。而在工程結構中，大部分構件處于薄板平面應力狀態或過渡狀態，而對不同厚度結構疲勞壽命的差別無法進行疲勞壽命預測，是現有壽命預測方法存在的缺陷之一。如目前工程上常用局部應力應變法估算結構疲勞壽命，主要結合材料的循環應力應變曲線，將構件上的名義應力譜轉換成危險部位的局部應力應變譜，然后根據危險部位的局部應力應變歷程估算壽命。但由于無法考慮厚度變化對危險部位局部應力應變的影響，因此，不得不針對不同材料開展從薄板平面應力狀態至厚板平面應變狀態的不同厚度板疲勞試驗，耗費大量的人力、財力和時間。

本發明借助有限元方法來求解試樣厚度對疲勞缺口系數的影響，從而在傳統局部應力應變法中考慮厚度變化對危險部位局部應力應變的影響，實現不同厚度結構的疲勞壽命估算，得到不同厚度下該材料結構的N-T曲線，彌補傳統方法無法進行不同厚度結構疲勞壽命預測的不足。

發明內容

本發明解決的技術問題在于克服現有技術的無法考慮厚度變化對危險部位局部應力應變的影響的缺陷，提供一種金屬材料的疲勞壽命厚度曲線繪制方法。所述一種金屬材料的疲勞壽命厚度曲線繪制方法具有安全、合理地評估結構的三維疲勞壽命，并提供便捷有效的方法等特點。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種金屬材料的疲勞壽命厚度曲線繪制方法，

步驟1：根據式確定不同厚度構件的疲勞缺口系數K_f；

步驟2：根據式計算材料的臨界厚度值，并通過查表獲取該材料結構件的DFR值；

步驟3：在該DFR應力水平下，運用局部應力應變法計算不同厚度結構件的疲勞壽命；

步驟4：以橫坐標為厚度T，縱坐標為對應厚度下的疲勞壽命N，繪制該材料結構的N-T曲線。

優選的，所述K_IC為材料的平面應變斷裂韌度，σ_P0.2為材料的屈服強度，從而可以計算出不同材料的平面應力與平面應變狀態的臨界厚度值T_C，再根據式計算出缺口系數隨厚度的變化值，從而可以通過局部應力應變法計算得到不同厚度結構件在DFR應力水平下的疲勞壽命。

優選的，還包括邊缺口拉伸試樣，所述邊缺口拉伸試樣的規格設置為長度為300mm，寬度為90mm，半圓切口采用鉸孔，半徑為8mm，試樣厚度設置為T。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)依據本發明繪制的不同厚度下常用金屬材料結構N-T曲線，可以實現對不同厚度結構的疲勞壽命估算，無需開展不同厚度板的疲勞試驗，經濟效益顯著。

(2)依據本發明繪制的不同厚度下常用金屬材料結構N-T曲線，可以實現對不同厚度結構危險部位的危險程度依據壽命長短進行排序，從而在疲勞試驗中確定危險部位的檢查順序，或在定期修理工作中確定危險部位的檢查順序，可以極大地提高工作效率。