[發明專利]基于非等效累積損傷的高強度鋼疲勞壽命預測方法

在審

• 申請號: 202110357874.2
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113128033A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 孫振鐸;侯東勃;龐彬;張恒;張明洋
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

本發明提供了一種基于非等效累積損傷的高強度鋼疲勞壽命預測方法。本發明針對等效累積損傷原則引入了參數a，設第一次加載造成的損傷值D₁是等效累積損傷值D₂'的a倍，即：D₁＝aD₂'，并針對Miner模型和Manson?Halford模型，依據所引入的參數a對兩個模型進行了修正。本發明修正后的Miner模型和Manson?Halford模型是兩種新的“非等效累積損傷”模型，且該“非等效累積損傷”模型計算模式更為簡潔，更容易得到實際工程應用，為非等效累積疲勞損傷模型研究方面提供了參考和方向。

技術領域

本發明涉及基礎鋼材料的機械疲勞領域，具體地說是一種基于非等效累積損傷的高強度鋼疲勞壽命預測方法。

背景技術

機械結構或零件在實際的運行過程中，其所承受的循環載荷并不是恒定的，因此，許多學者開展了變幅疲勞研究，并基于損傷理論構建了很多累積損傷疲勞模型。現存的大多累積損傷模型，如Miner模型、Manson-Halford模型、葉篤毅模型、Corten-Dolan模型以及尚德廣模型等，均是基于“等效累積損傷”的原則構建出來的。累積損傷理論分為等效累積損傷理論與非等效累積損傷理論，等效累積損傷理論即臨界損傷D_CR為1，非等效累積損傷理論即臨界損傷D_CR不為1。針對以上等效累積損傷即臨界損傷為1的缺陷，馮勝認為，高強度鋼材料在累積損傷過程中會遵循“非等效累積損傷”的原則，即高強度鋼材料每一次循環所產生的疲勞損傷對下一個循環的疲勞損傷會產生影響，且通過實驗得到了較好的預測結果。這種非等效累積損傷現象是由于領域潛在損傷造成的，某一點運動不僅使該點產生損傷，也使得領域伴隨產生損傷，即疲勞載荷的功一部分使得該點產生損傷，另一部分功產生潛在損傷。

現有的高強度鋼疲勞壽命預測方法大多基于等效累積損傷模型進行預測，這對于具有非等效累積損傷的高強度鋼而言，由于忽略了非等效累積損傷的現象，預測結果精度無疑是不高的。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于非等效累積損傷的高強度鋼疲勞壽命預測方法，通過該方法對高強度鋼疲勞壽命進行預測，所測結果更接近真實。

本發明是這樣實現的：一種基于非等效累積損傷的高強度鋼疲勞壽命預測方法，包括如下步驟：

①、獲得高強度鋼的試驗數據，試驗數據包括若干組一級加載不同應力下的疲勞壽命以及若干組二級加載變幅應力下的疲勞壽命；

②、利用步驟①中試驗數據對修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型進行擬合，得到參數a的值；其中，N₁是高強度鋼在一級加載時在應力σ₁下的疲勞壽命，N₂是高強度鋼在一級加載時在應力σ₂下的疲勞壽命，n₁是高強度鋼在二級加載時在應力σ₁下的循環次數，n₂是高強度鋼在二級加載時在應力σ₂下直至破壞時的循環次數；β是固定參數，一般取0.4；

③、將步驟②所得參數a代入對應的修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型中，采用修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型對高強度鋼疲勞壽命進行預測，即計算n₂的值。

通過試驗數據對修正后的Miner模型進行擬合，所得a的取值范圍是-2.5a2.5。

上述高強度鋼為45鋼或16Mn，試樣為光滑或缺口均可。