[發明專利]基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法

有效

• 申請號: 202110180671.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112800624B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 劉新田;馬牧洲;胡桂情;尚文謙
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 李慶

本發明提供一種基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法，包括步驟：S1：通過對復合材料失效過程的分析，獲得復合材料的疲勞裂紋擴展特性；S2：根據疲勞裂紋繞過加強基擴展的特點，建立模擬復合材料中隨機顆粒分布的模型，引用Dijkstra算法，模擬裂紋擴展過程的最短路徑模型；S3：通過殘余應力模型計算殘余應力，考慮殘余應力修正試件所受載荷的應力比；S4：構造初始裂紋模型得到初始裂紋大小與延伸速率；S5：對Paris公式進行修正；S6：利用修正后的Paris公式對復合材料進行壽命預測；S7：驗證壽命預測的準確性。本發明的一種基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法，可以更準確地預測復合材料的疲勞壽命。

技術領域

本發明涉及復合材料壽命預測領域，尤其涉及一種基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法。

背景技術

復合材料已廣泛應用于航空航天、機械、造船等領域。顆粒增強金屬材料是類似于金屬材料的各向同性材料，和相同金屬材料相比有更好的力學性能，目前已經可以通過不同的熔煉工藝批量生產。影響復合材料性能的因素較多，例如陶瓷顆粒增強金屬基復合材料，其增強基體體積分數、金屬基合金性能，甚至材料的制造工藝都會影響材料性能。復合材料有很多種形式，由于組織結構的不同，復合材料的內應力分布和疲勞裂紋擴展與傳統金屬材料不同。現有的復合材料疲勞預測方法大多采用傳統的疲勞預測模型。在預測過程中替換材料性能參數，以獲得疲勞壽命的粗略估計。無法反應材料內部微觀失效機理的內容。在研究裂紋擴展時顆粒增強金屬基復合材料，發現增強體顆粒在材料中均勻無序分布，正是因為增強粒子的存在阻礙疲勞裂紋的擴展，使復合材料表現出較高的疲勞強度宏觀疲勞壽命。裂紋是否穿過加強顆粒取決于當前裂紋尖端應力。在理想的環境中，所有的顆粒不會被穿透，加強粒子可以阻礙疲勞裂紋擴展，增加疲勞壽命。

繞開所有增強顆粒的裂紋行為可以類似于機器人的路徑規劃，通過路徑規劃可以預測裂紋路徑算法。將裂紋長度和路徑規劃相結合，可以得到復合材料的裂紋擴展路徑以便于準確地預測材料的疲勞壽命。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法，提供了一種利用路徑規劃算法對裂紋擴展長度進行計算，再基于Paris公式估算顆粒增強金屬基復合材料的疲勞裂紋擴展壽命模型。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于路徑規劃算法的復合材料壽命預測方法，包括步驟：

S1：通過對復合材料失效過程的分析，獲得所述復合材料的疲勞擴展特性；

S2：引用Dijkstra算法，模擬裂紋擴展過程的最短路徑模型；

S3：通過殘余應力模型計算殘余應力，考慮殘余應力修正試件所受載荷的應力比；

S4：根據所述模型裂紋擴展路徑模型和所述殘余應力構造一種初始裂紋擴展模型；并利用所述初始裂紋擴展模型得到初始裂紋大小與延伸速率；

S5：利用所述殘余應力修正試件所受載荷的應力比、所述初始裂紋大小和所述延伸速率，利用應力比修正Paris公式；

S6：利用修正后的所述Paris公式對所述復合材料進行壽命預測；

所述S4步驟中，分別計算斷裂疲勞強度、斷裂疲勞應變和斷面收縮率，得到斷裂疲勞強度和斷裂疲勞應變與斷面收縮率有關；根據所述斷裂疲勞強度、所述斷裂疲勞應變和所述斷面收縮率得到初始裂紋大小與延伸速率。

本發明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果：