[發明專利]一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法

在審

• 申請號: 202011315389.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112632809A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李雷;楊國來;俞文斌;孫全兆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F119/04
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明提出了一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，建立燒結釹鐵硼材料的ZWT本構模型；計算燒結釹鐵硼材料的壽命，獲得燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的壽命分布圖；建立基于脆性損傷機理的疲勞損傷演化模型；根據燒結釹鐵硼材料的壽命分布圖擬合疲勞損傷演化模型，獲得疲勞損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布；根據損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布，結合概率密度演化方法，計算燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的概率密度曲線。本發明基于脆性損傷的機理建立脆性疲勞損傷模型，能夠準確描述永磁體材料的疲勞特性，壽命計算結果更為真實。

技術領域

本發明涉及材料的疲勞損傷技術領域，尤其是涉及一種基于脆性疲勞損傷模型的永磁體概率壽命計算方法。

背景技術

由定幅或變幅值載荷重復作用所產生的損傷稱為疲勞損傷。疲勞損傷導致的破壞是工程結構最常見的失效形式之一。準確預測疲勞壽命取決于合理的疲勞累積損傷準則，所以對于疲勞累積損傷理論的研究顯得尤其重要。

燒結釹鐵硼(NdFeB)是20世紀80年代研制并成功運用于生產的第三代稀土永磁材料。燒結釹鐵硼是應用粉末冶金工藝，將預燒料制成微粉，壓制成型制成胚料，再進行燒結而制成。因其具有優異的磁性能而被廣泛應用于計算機、通訊、醫療、機械、航空航天以及國防等多個航天領域。目前對于燒結釹鐵硼的研究大多集中在提升其磁性能上，對力學和疲勞損傷性能研究較少。但是由于 NdFeB越來越多地使用于電機、渦流阻尼器等領域，常承受循環載荷。并且由于制作工藝的特點，在NdFeB形成之初內部存在許多空隙，在疲勞載荷的作用下，這些初始缺陷不斷發展成為宏觀裂縫，進而發生破壞。因此，對于NdFeB疲勞性能的研究是不可忽視的。

目前國內外許多學者針對不同研究領域、行業及對象在大量試驗和理論研究的基礎上，提出了多種壽命預測理論和分析方法。典型的有應力壽命法、應變壽命法、應力場強法、基于能量準則的壽命預測法以及基于連續損傷力學的壽命預測法。上述的壽命預測理論和方法基本可以分為兩類，一種以試驗數據為基礎，擬合疲勞損傷曲線直接構造疲勞損傷演化函數；第二種是利用連續損傷理論，以不可逆熱力學框架構造耗散勢建立疲勞損傷模型，然后根據實驗數據進行擬合和驗證。基于現有技術進行NdFeB疲勞性能分析，存在以下缺陷：1、NdFeB在承載時幾乎不發生塑性變形，在彈性范圍內就產生斷裂破壞，是典型的彈脆性材料，因此上述的兩類模型均不能很好地描述NdFeB的疲勞損傷過程；2、上述對疲勞的研究均屬于確定性分析的范疇，對疲勞壽命的分散性考慮甚少。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于脆性疲勞損傷模型的燒結釹鐵硼概率壽命計算方法，包括如下步驟：

步驟1：建立燒結釹鐵硼材料的ZWT本構模型；

步驟2：計算燒結釹鐵硼材料的壽命，獲得燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的壽命分布圖；

步驟3：建立基于脆性損傷機理的疲勞損傷演化模型；

步驟4：根據燒結釹鐵硼材料的壽命分布圖擬合疲勞損傷演化模型，獲得疲勞損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布；

步驟5：根據損傷演化模型用于燒結釹鐵硼材料時的參數分布，結合概率密度演化方法，計算燒結釹鐵硼材料在不同應力水平下的壽命概率密度曲線。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：1)在疲勞的分析計算中引入了概率分析方法，為永磁體材料的不確定性分析提供了新方法；2)綜合考慮加載速率、應力幅值以及抗壓強度極限的分布，在一定程度上反應出疲勞壽命分散產生的原因，使壽命計算結果更為真實；3)基于脆性損傷的機理建立了一種新的脆性疲勞損傷模型，能夠準確描述永磁體材料的疲勞特性。

附圖說明

圖1是本發明基于脆性疲勞損傷模型的永磁體概率壽命計算方法的流程圖。