[發(fā)明專利]基于加工表面層高周疲勞的機械構(gòu)件壽命預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911050940.0
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110705131A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳明;劉公雨;安慶龍;明偉偉;馬海善
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學;江蘇海博工具產(chǎn)業(yè)研究院有限公司;常州市海力工具有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N3/32
• 代理公司: 31201 上海交達專利事務(wù)所
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于加工表面層高周疲勞的機械構(gòu)件壽命預(yù)測方法，其特征在于，基于微裂紋擴展理論，構(gòu)建關(guān)聯(lián)幾何-組織-力學完整性指標的加工表面層疲勞壽命預(yù)測模型以及壽命損失模型；通過制作光滑試件并實驗后進行加工表面層疲勞壽命預(yù)測模型待定參數(shù)的標定，制作特定加工工藝條件下獲得的疲勞試件并實驗后進行壽命損失模型待定參數(shù)的標定，之后，通過檢測機械構(gòu)件加工表面層的幾何、組織和力學完整性指標并將它們輸入到標定后的加工表面層疲勞壽命預(yù)測模型中預(yù)測得到機械構(gòu)件的加工表面層疲勞壽命；

所述的加工表面層疲勞壽命預(yù)測模型是指：加工表面層疲勞壽命其中：l_th是加工表面層臨界深度，l₀是加工表面等效初始微裂紋長度，是加工表面層疲勞微裂紋擴展速率；

所述的壽命損失模型，即由加工工藝造成的特定粗糙表面對疲勞壽命的減低程度，可等效于一理想光滑表面上微裂紋萌生并擴展至長度l₀所造成的壽命損失，其中加工表面等效初始微裂紋長度其中：c₁、c₂是由試驗數(shù)據(jù)擬合得到的常數(shù)，R_a、R_y、R_z分別是表面粗糙度中的輪廓算數(shù)平均偏差、輪廓最大高度和微觀不平度十點高度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加工表面層高周疲勞的機械構(gòu)件壽命預(yù)測方法，其特征是，所述的加工表面層疲勞微裂紋擴展速率其中：K_eff,max為最大應(yīng)力強度因子，C_S為材料常數(shù)，m_S為裂紋擴展速率曲線斜率，n_S為應(yīng)力強度因子的影響力系數(shù)，k_S為裂紋閉合程度隨裂紋擴展而變化的參數(shù)，K_IC為材料的斷裂韌性，l_eff是有效微裂紋長度，ΔK_S是微裂紋尖端應(yīng)力強度因子，ΔK_thS是微裂紋擴展門檻值，ΔK_thL為基體材料的宏觀裂紋擴展門檻值，σ_FLim為基體材料的疲勞強度極限；

所述的有效微裂紋長度其中：l為在外加交變載荷作用下，疲勞微裂紋自表面等效初始微裂紋長度l₀開始擴展的長度，C是基體材料顯微硬度和屈服強度的比值，σ_eff,max(l)是裂紋尖端所承受的有效應(yīng)力最大值，H(l)是距離最外表面為l的表面層某點處的顯微硬度；距離最外表面為d的表面層某點處的有效應(yīng)力σ_eff(d)＝σ_real+σ_res(d)，其中：σ_real是外加載荷應(yīng)力，σ_res是內(nèi)部殘余應(yīng)力；

所述的微裂紋尖端應(yīng)力強度因子其中：Y是修正因子，σ_eff,op是能夠使微裂紋恰好張開的應(yīng)力；

所述的微裂紋擴展門檻值

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加工表面層高周疲勞的機械構(gòu)件壽命預(yù)測方法，其特征是，所述的幾何-組織-力學完整性指標具體是指：以構(gòu)件的加工表面層的表面等效初始微裂紋長度l₀、表面層顯微硬度H(d)以及表面層殘余應(yīng)力σ_res(d)依次作為幾何完整性指標、組織完整性指標和力學完整性指標，其中：d為表面層內(nèi)某點到最外表面的距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加工表面層高周疲勞的機械構(gòu)件壽命預(yù)測方法，其特征是，所述的制作光滑試件并實驗是指：使用表面光滑、表面層材料物理性質(zhì)與內(nèi)部基體材料完全相同、不含表面變質(zhì)層的光滑試件，在不同應(yīng)力水平和應(yīng)力比下開展疲勞試驗，以對加工表面層疲勞壽命預(yù)測模型中的未知參數(shù)進行標定。