[發(fā)明專利]確定快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)的方法

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• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111693387A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文閣
• 申請（專利權(quán)）人: 一汽解放汽車有限公司
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉程程

本發(fā)明提供了一種確定快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)的方法，所述方法具體為：確定零部件指定壽命下的可靠度R，選取載荷σ取對數(shù)的值lg(σ)，與對應(yīng)可靠度為R的疲勞壽命N_R取對數(shù)的值lg(N_R)，兩者之間形成雙對數(shù)直線，根據(jù)雙對數(shù)直線的斜率，將載荷譜折算成最大一級載荷的單級載荷的總等效循環(huán)數(shù)，即快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)。由上述方法得到的快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)，無需象根據(jù)目前理論算出的疲勞次數(shù)要乘以一個(gè)倍數(shù)t，t為長期摸索獲得的經(jīng)驗(yàn)值后，才能作為快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)。因此，對于新型材料零部件，大幅度節(jié)省了為獲得t進(jìn)行長期摸索而付出的時(shí)間成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于疲勞可靠性試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，適用于汽車及其它機(jī)械上的金屬材料零部件的疲勞試驗(yàn)，具體涉及確定快速疲勞試驗(yàn)最少次數(shù)的方法。

背景技術(shù)

疲勞界占統(tǒng)治地位的Miner理論，其核心內(nèi)容為：以各級載荷的中值壽命(可靠度R＝50％)衡量載荷譜中各級載荷循環(huán)次數(shù)的損傷度，損傷度的總和即為該載荷譜的累積損傷，當(dāng)累積損傷等于1時(shí)，部件就發(fā)生破壞。

根據(jù)上述理論，把部件實(shí)際工況下的載荷譜(該載荷譜對應(yīng)一定的壽命，該壽命可以用工作時(shí)間、里程等表示，以下簡稱：指定壽命)，將最大一級載荷以外的各級載荷循環(huán)次數(shù)分別各自折算成最大一級載荷的等效循環(huán)次數(shù)，然后累加，即把載荷譜轉(zhuǎn)化成最大一級載荷的單級載荷總等效循環(huán)數(shù)∑N。則部件承受載荷譜，和部件承受最大一級載荷單級循環(huán)∑N次，兩者給部件造成的累積損傷相等。

很明顯，臺架試驗(yàn)以最大一級載荷單級循環(huán)∑N次來考核部件所消耗的試驗(yàn)時(shí)間，比采用部件承受載荷譜考核所消耗的試驗(yàn)時(shí)間大幅度縮短，可有效提高試驗(yàn)效率，而且最大一級載荷單級循環(huán)∑N次來考核部件的試驗(yàn)過程中，由于載荷固定，不用像載荷譜那樣變化載荷，故更容易實(shí)現(xiàn)。

但實(shí)際表明，按Miner理論進(jìn)行折算后的單級載荷總等效循環(huán)數(shù)∑N嚴(yán)重偏小，導(dǎo)致考核不足。即抽樣的樣本通過單級載荷總等效循環(huán)∑N次臺架試驗(yàn)，得出臺架試驗(yàn)可靠度R1≥目標(biāo)可靠度R。但樣本在指定壽命時(shí)的可靠度R2卻并不達(dá)標(biāo)。即R1≥R但R2≤R。這正式Miner理論內(nèi)在缺欠(精度差且嚴(yán)重偏于不安全)的具體表現(xiàn)。

為了彌補(bǔ)Miner理論的上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中，通常是基于零部件的可靠度R、零部件具體材料以及試驗(yàn)加載方式等多種因素的變化，將∑N乘以一個(gè)倍數(shù)t(t需要長期摸索后得出經(jīng)驗(yàn)值)后，才能作為快速疲勞試驗(yàn)的最少次數(shù)。使之能夠保證：在通過該次數(shù)的臺架試驗(yàn)，若產(chǎn)品可靠度的驗(yàn)證結(jié)果R1≥R，則產(chǎn)品在指定壽命時(shí)對應(yīng)的可靠度R2≥R。

基于客觀規(guī)律，所有金屬材料，動態(tài)載荷(以下簡稱載荷)σ取對數(shù)的值lg(σ)，與對應(yīng)可靠度為R的疲勞壽命N_R取對數(shù)的值lg(N_R)，兩者之間成線性關(guān)系。R不同，直線的斜率不同。以下簡稱之為雙對數(shù)直線。如圖1所示，歸納圖1所反映的普遍規(guī)律是：

①N_R是R的減函數(shù)。

②隨著σ的降低，N變大，N的分散度(標(biāo)準(zhǔn)差)也變大。表現(xiàn)在隨著不同R，形成的雙對數(shù)直線系列呈現(xiàn)由上向下的喇叭口形。R越小，對應(yīng)的lg(N_R)—lg(σ)直線傾斜越嚴(yán)重，即越接近水平；相反地，R越大，對應(yīng)的lg(N_R)—lg(σ)直線越接近垂直。

這就決定了每一級小載荷循環(huán)次數(shù)向大載荷折算后的等效次數(shù)，隨著可靠度R的變大而變大；隨著可靠度R的變小而變小。

而Miner理論認(rèn)為，某一級別載荷對應(yīng)的疲勞壽命是固定的，所以均固定地按圖1中可靠度R＝50％的直線斜率，來等效折算不同載荷之間循環(huán)次數(shù)，而工程實(shí)際上要考核部件的可靠度R都是大于50％的。此時(shí)，若仍照Miner理論，固定地按圖1中R＝50％的直線斜率，來等效折算小載荷到大載荷的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)以上2點(diǎn)規(guī)律，將會比按索要求的R(50％)的直線斜率折算的次數(shù)明顯偏小。這就是Miner理論不合理的地方，也是造成前述其內(nèi)在固有缺欠(精度差且嚴(yán)重偏于不安全)的根本原因。