[發明專利]一種適用于多種循環載荷的壽命預測方法

有效

• 申請號: 202010210905.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111428361B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 王小威;張天宇;姬云南;鞏建鳴;姜勇;張威
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種適用于多種循環載荷的壽命預測方法，首先對待測材料進行任意一種循環載荷試驗，如應變控制的純疲勞試驗、應變控制的蠕變疲勞試驗或應力應變混合控制的蠕變疲勞試驗；根據試驗輸入參數和半壽命周次的滯回曲線計算疲勞動態粘性和蠕變動態粘性；根據半壽命周次的滯回曲線計算循環過程中吸收的總能量；最后利用與疲勞動態粘性和蠕變動態粘性相關的累積動態粘性等于吸收總能量的關系建立壽命預測方程，預測出待測材料在其余兩種循環載荷試驗下的循環壽命。本發明使用同一組參數能夠同時預測多種循環載荷下的循環壽命，且廣泛適用于不同的待測材料。

技術領域

本發明涉及壽命預測領域，尤其涉及不同材料在多種循環載荷下的壽命預測方法。

背景技術

電力和航空領域內許多高溫下服役的核心部件往往會承受復雜的蠕變、疲勞以及蠕變疲勞交互損傷作用。開停車溫度變化使得這些部件處于應變控制的疲勞載荷中，隨后的穩定運行又將承受應力控制的蠕變載荷作用。但目前實驗室常用的應變控蠕變疲勞載荷不能反映如此復雜的工況，同時因為應力松弛，應變控蠕變疲勞載荷難以形成以蠕變損傷為主導的失效模式，然而這種失效模式卻是工業裝備最常見的一種。應力應變混合控制的蠕變疲勞載荷，即每周循環中疲勞加載部分采用應變控制，而保載階段采用應力控制，既符合實際工況又可以通過調節試驗參數來獲得不同程度的蠕變和疲勞損傷。因此，有必要對應力應變混合控蠕變疲勞載荷下材料的循環壽命進行研究，尤其是發明一種統一的廣泛適用于多種循環載荷的壽命預測方法。

目前常用的疲勞及蠕變疲勞壽命預測方法主要有線性累積損傷方法、頻率分離法、應變范圍劃分法以及基于粘性的預測方法等。其中，線性累積損傷法主要關注于應變保載對應的應力松弛階段的蠕變損傷計算，但是應力應變混合控制蠕變疲勞試驗過程中不存在應力松弛的現象。頻率分離法沒有考慮加載波形的影響，同時對蠕變顯著的循環載荷的預測結果存在很大誤差，這與應力應變混合控制載荷波形復雜以及可調節的蠕變疲勞損傷范圍大的特點相悖。應變范圍劃分法是基于材料的應力應變滯回曲線，但這種方法需要大量的疲勞數據，增加了壽命預測的難度。基于粘性的壽命預測方法又缺乏對保載應力多變性的考慮。

由此可見，現在迫切需要一種廣泛適用于應變控制疲勞和蠕變疲勞載荷以及應力應變混合控制蠕變疲勞載荷的壽命預測方法，以滿足不同載荷作用下壽命預測的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于多種循環載荷的壽命預測方法，可以預測不同材料在應變控制疲勞和蠕變疲勞以及應力應變混合控制的蠕變疲勞載荷下的循環壽命，且具有較高的預測精度。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種適用于多種循環載荷的壽命預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，對待測材料進行任意一種循環載荷試驗，所述循環載荷試驗采用應變控制的純疲勞試驗、應變控制的蠕變疲勞試驗或應力應變混合控制的蠕變疲勞試驗，為后續壽命預測提供半壽命周次的滯回曲線；

步驟S2，根據循環載荷試驗的輸入參數和半壽命周次的滯回曲線，計算疲勞動態粘性v_d-f和蠕變動態粘性v_d-c；

步驟S3，根據半壽命周次的滯回曲線，計算循環過程中吸收的總能量∑W；

步驟S4，利用與疲勞動態粘性v_d-f和蠕變動態粘性v_d-c相關的累積動態粘性f(v_d)等于吸收總能量∑W的關系建立壽命預測方程，預測出待測材料在其余兩種循環載荷試驗下的循環壽命N_f。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)使用同一組參數能夠同時預測多種循環載荷下的循環壽命，且廣泛適用于不同的待測材料；

(2)預測過程簡單易操作，不需要保載過程中準確的應力松弛曲線或者蠕變曲線；