[發(fā)明專利]一種用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110401581.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN113326576A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白鑫;張鵬;張哲峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/23;G01N3/32;G01N3/02;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

1.一種用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

(1)全尺寸構(gòu)件應(yīng)力分布狀態(tài)模擬：

對(duì)全尺寸構(gòu)件進(jìn)行三維建模并劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，通過有限元方法分析全尺寸構(gòu)件的受力狀態(tài)；

(2)全尺寸構(gòu)件疲勞性能弱區(qū)確定：

根據(jù)有限元分析結(jié)果，確定構(gòu)件的應(yīng)力最大區(qū)域，并將該應(yīng)力最大區(qū)域定義為最危險(xiǎn)區(qū)域：

(3)微縮試樣設(shè)計(jì)及制備：

設(shè)計(jì)最危險(xiǎn)區(qū)域的等比例縮小試樣，所述等比例縮小試樣包括兩端的圓柱狀?yuàn)A持段和中間的標(biāo)距段，所述等比例縮小試樣的尺寸共n種，每一種尺寸的等比例縮小試樣不少于8個(gè)樣品；各尺寸等比例縮小試樣表示為A_i(i＝1、2……n，n≥3)，定義各尺寸等比例縮小試樣的中間標(biāo)距段與全尺寸構(gòu)件最危險(xiǎn)區(qū)域的公稱直徑(外直徑尺寸，mm)之比d_i/d₀為縮小比例x_i(i＝1、2、……、n，n≥3)，且x₁x₂……x_n，0x_i1，x_n≥0.1；d_i為等比例縮小試樣中間標(biāo)距段公稱直徑，d₀為全尺寸構(gòu)件最危險(xiǎn)區(qū)域的公稱直徑；

(4)試樣彎曲疲勞強(qiáng)度測試：

利用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，在設(shè)定應(yīng)力比Rs、指定壓-壓循環(huán)載荷周次條件下，對(duì)各尺寸等比例縮小試樣進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度測試；在指定置信度C和存活率P下，獲得n種尺寸試樣的最大彎矩M_i(i＝1、2……n)；

建立縮小比例－最大彎矩定量關(guān)系如公式(1)；并根據(jù)各試樣的縮小比例x_i和最大彎矩M_i求得M₀和b的值；

M＝M₀×x^b (1)；

(5)構(gòu)件疲勞尺寸效應(yīng)規(guī)律確定：

根據(jù)步驟(4)中建立的縮小比例－最大彎矩定量關(guān)系公式(1)以及平均應(yīng)力修正系數(shù)ε，進(jìn)一步獲得構(gòu)件疲勞尺寸效應(yīng)規(guī)律；具體是根據(jù)材料力學(xué)，通過最大彎矩除以抗彎截面模量W_x得應(yīng)力值，再乘以平均應(yīng)力修正系數(shù)，即可得到構(gòu)件疲勞尺寸效應(yīng)規(guī)律，如公式(5)；

公式(5)中：σ_Rs為應(yīng)力比為Rs所對(duì)應(yīng)的彎曲疲勞強(qiáng)度(MPa)，σ_-1為應(yīng)力比為-1(對(duì)稱循環(huán)載荷)所對(duì)應(yīng)的試樣疲勞強(qiáng)度(MPa)；

(6)對(duì)稱循環(huán)載荷下全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度預(yù)測：

當(dāng)縮小系數(shù)x＝1時(shí)，有dx＝d0，并且抗彎截面模量如公式(6)；

公式(6)中：π為圓周率；d_內(nèi)徑為空心軸的內(nèi)直徑，單位mm；

因此，對(duì)稱循環(huán)下全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度如公式(7)；

公式(7)中：σ_-1，x＝1為對(duì)稱循環(huán)下全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度，單位MPa。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述等比例縮小試樣由構(gòu)件母材加工而成；所述等比例縮小試樣的標(biāo)距段為與所述最危險(xiǎn)區(qū)域形狀相同且尺寸等比例縮小的結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，其特征在于：步驟(4)中，所述應(yīng)力比Rs為最小應(yīng)力Smin(MPa)與最大應(yīng)力Smax(MPa)的比值；在步驟(4)試樣彎曲疲勞強(qiáng)度測試中，一般應(yīng)力比Rs＝0.35，指定壓-壓循環(huán)載荷周次為1.0E7次。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，其特征在于：步驟(4)中，根據(jù)各試樣的縮小比例x_i和最大彎矩M_i求得M₀和b的值的過程為：將各數(shù)據(jù)點(diǎn)(x_i，M_i)取對(duì)數(shù)得對(duì)數(shù)點(diǎn)集(lgx_i，lgM_i)，然后根據(jù)最小二乘方法線性回歸對(duì)數(shù)點(diǎn)集得公式(2)-(3)，從而求出公式(1)中M₀和b的值；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用微縮試樣試驗(yàn)評(píng)價(jià)全尺寸構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，其特征在于：步驟(5)中，平均應(yīng)力修正系數(shù)ε由公式(4)求得；平均應(yīng)力修正的目的是將彎曲疲勞強(qiáng)度等效為更一般的對(duì)稱循環(huán)載荷下的疲勞強(qiáng)度值；

公式(4)中：γ為材料常數(shù)，通常γ＝0.5。