[發明專利]基于單個缺陷的多軸疲勞壽命預測方法

有效

• 申請號: 202110067336.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112903435B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王英玉;張曉凡;蘇振李
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/22
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于單個缺陷的多軸疲勞壽命預測方法，步驟如下：預測單軸拉伸載荷和純扭載荷下的疲勞壽命；計算單軸拉伸載荷下的疲勞強度極限和純扭載荷下的疲勞強度極限；運用單軸拉伸載荷和純扭載荷下的應力?壽命數據擬合求解負反斜率；預測單個缺陷的多軸疲勞壽命。本發明將多軸疲勞壽命預測與材料內部缺陷相聯系，整個評估過程中無需進行疲勞試驗，預測過程相對簡單，縮短時間周期，經濟性與便捷性普遍提高。

技術領域

本發明屬于航空系統技術領域，具體指代一種基于單個缺陷的多軸疲勞壽命預測方法。

背景技術

增材制造技術(Additive Manufacturing,AM)的快速發展改變了工業制造的生產方式。無論是解決傳統制造的結構難題，還是航空航天維修的省時省力，又或者是飛行器的輕量化發展，都需要AM技術進入航空航天領域的產業化生產。然而目前增材制造部件還不能代替傳統制造部件，究其原因，是增材制造工藝還不夠成熟，但更重要的原因是人們對其內部缺陷的材料性能的影響沒有完全了解。大量的研究表明，AM金屬構件的疲勞性能受許多因素的影響，如打印的構建方向、粉末層厚、熱處理、內應力、材料內部缺陷等等。其中缺陷主要是由于制造工藝的不完善引起，使得產品易產生一些肉眼不可見的空腔或雜物，例如氣孔、未熔合區域、氧化物夾雜等導致應力集中，從而影響抗疲勞性能。為了能讓AM材料在航空航天等領域得到更廣泛的應用，必須要對AM材料的特性，特別是在疲勞特性方面進行更加仔細和深入的研究。

AM材料作為近年來熱門的研究對象，受到越來越多的研究人員關注，對材料的內部缺陷的尺寸、形狀和位置的研究已經取得了許多進展。但是，大多數研究都是針對單軸載荷的，對多軸載荷的疲勞研究則很少，阻礙了對AM材料疲勞性能的理解。目前的工程構件往往承受多軸疲勞載荷，而多軸疲勞的壽命預測一般會需要單軸和純扭載荷下的應力壽命曲線和疲勞極限，這些參數通常是由單軸和純扭疲勞實驗測得，即對于多軸疲勞的壽命預測首先要進行完整的單軸和純扭疲勞實驗，獲得二者的應力-壽命曲線，用以估計相關的疲勞極限和負反斜率，最后與多軸疲勞壽命預測模型相結合。因此，多軸疲勞壽命預測的相關工作量很大，周期長且成本高，這為工程實踐帶來很大的不便。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于單個缺陷的多軸疲勞壽命預測方法，以解決現有技術中多軸疲勞壽命的預測需要進行完整的單軸和純扭的疲勞試驗，造成工作量大和成本高的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種基于單個缺陷的多軸疲勞壽命預測方法，步驟如下：

(1)預測單軸拉伸載荷和純扭載荷下的疲勞壽命；

(2)計算單軸拉伸載荷下的疲勞強度極限和純扭載荷下的疲勞強度極限；

(3)運用單軸拉伸載荷和純扭載荷下的應力-壽命數據擬合求解負反斜率；

(4)使用修正的曲線方法預測單個缺陷的多軸疲勞壽命。

優選地，上述步驟(1)中單軸拉伸載荷和純扭載荷下的疲勞壽命預測基于疲勞裂紋擴展模型；包含短裂紋擴展在內的疲勞裂紋擴展閾值ΔK_th隨裂紋長度變化的表達式：

ΔK_th＝ΔK_dR+ΔK_cR[1-e^-k(a-d)],a≥d