[發明專利]一種用微縮試樣試驗評價全尺寸構件疲勞強度的方法

在審

• 申請號: 202110401581.X
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113326576A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 白鑫;張鵬;張哲峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G01N3/32;G01N3/02;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明涉及了一種用微縮試樣試驗評價全尺寸構件疲勞強度的方法，屬于結構疲勞強度評價技術領域。該方法基于疲勞裂紋萌生于構件最薄弱環節的一般共識，通過有限元仿真模擬全尺寸構件最危險工況的應力狀態，確定構件最薄弱環節，并以此設計等比例縮小的系列微縮試樣，再在彎曲疲勞載荷下檢測微縮試樣的疲勞強度，揭示構件彎曲疲勞尺寸效應，最后，通過平均應力修正將彎曲疲勞尺寸效應規律轉換為任意循環載荷下的構件疲勞強度尺寸效應規律，進而預測全尺寸構件的疲勞強度。該方法具有節省成本、提高試驗效率、精度高、應用簡單的優點，可以廣泛應用于金屬材料構件疲勞強度的預測。

技術領域

本發明涉及結構疲勞強度評價技術領域，具體涉及一種用微縮試樣試驗評價全尺寸構件疲勞強度的方法。

背景技術

疲勞是機械結構部件的主要失效方式，造成結果也最為嚴重。結構疲勞強度是結構抗疲勞設計或評估的重要指標。目前，結構疲勞強度評價方法主要有兩種方法：材料標準試樣疲勞強度試驗預測結構疲勞強度；構件臺架試驗測試結構疲勞強度。

然而，材料疲勞強度不同于結構疲勞強度，材料標準試樣無法反應尺寸差異和結構形狀對結構疲勞強度的影響，并且這些因素對結構疲勞強度的影響無法忽略。為了獲得結構形狀對疲勞強度的影響，通常需要測試結構疲勞缺口效應系數(結構件疲勞強度與材料標準試樣疲勞強度之比)。為了獲得尺寸差異對疲勞強度的影響，通常需要測試材料疲勞尺寸效應(試樣疲勞強度與試樣公稱尺寸之間的函數關系)。通常采用這兩個影響因素的乘積來定量化材料標準試樣與結構件之間的疲勞強度變化量。這樣做會導致兩個問題：疲勞試驗量太大導致試驗成本升高和周期變長，不利于機械產品開發與評估；盲目地假設結構疲勞缺口效應與材料疲勞尺寸效應相互獨立是不嚴謹的，事實上，二者關系應為負相關。另外，臺架實驗成本太高、效率低，有時，設備搭建用時會比試驗時間更長，即使建成臺架，其試驗頻率受作動器限制到特別低。因此，目前的結構疲勞強度評價方法成本高、效率低、精度差。

隨著科技發展，人們日益提高的生活要求與產品質量之間的矛盾加劇。所以，裝備生產廠家亟需快速準確地評價構件疲勞強度，以預測裝備服役疲勞可靠性，進而制定合理的檢修周期與額定壽命。因此，開發出具有節省成本、提高試驗效率、精度高、應用簡單的全尺寸構件疲勞強度評價的新技術，具有重要科學價值與重大實際意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用微縮試樣試驗評價全尺寸構件疲勞強度的方法，該方法具有節省成本、提高試驗效率、精度高、應用簡單的優點，可以廣泛應用于金屬材料構件疲勞強度的預測。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種用微縮試樣試驗評價全尺寸構件疲勞強度的方法，該方法包括如下步驟：

(1)全尺寸構件應力分布狀態模擬：

對全尺寸構件進行三維建模并劃分網格，并設置最嚴酷工況下的邊界條件，通過有限元方法分析全尺寸構件的受力狀態；

(2)全尺寸構件疲勞性能弱區確定：

根據有限元分析結果，確定構件的應力最大區域，并將該應力最大區域定義為最危險區域：

(3)微縮試樣設計及制備：