[發明專利]一種材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法及系統

有效

• 申請號: 202110609180.3
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113361092B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 朱明亮;軒福貞;莊彬彬;朱剛;王宇超
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陶玉龍;陸嘉

本發明涉及疲勞裂紋擴展技術領域，更具體的說，涉及一種材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法、系統及介質。本發明提出的材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法，包括：步驟S1、獲取基準疲勞裂紋擴展曲線；步驟S2、獲取任意一應力比R下的轉折點的應力強度因子范圍ΔKsubgt;T(R)/subgt;；步驟S3、獲取Paris區的預測曲線；步驟S4、獲取疲勞裂紋擴展曲線的轉折點的擴展速率(da/dN)subgt;T(R)/subgt;；步驟S5、獲取應力比R下的疲勞裂紋擴展曲線的疲勞門檻值ΔKsubgt;th(R)/subgt;；步驟S6、獲得近門檻值區的評估曲線；步驟S7、獲得應力比R下的疲勞裂紋擴展曲線，進行疲勞裂紋擴展行為的預測評估。本發明以少量的實驗數據作為支撐，對任意應力比下的裂紋擴展行為進行精確預測，同時避免多次實驗的繁瑣過程。

技術領域

本發明涉及疲勞裂紋擴展技術領域，更具體的說，涉及一種材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法、系統及介質。

背景技術

疲勞破壞是工程領域危害最常見的一種破壞形式，在實際工況下，大多數的機械結構都受到交變載荷的作用。

據統計，由于疲勞所造成的機械結構破壞占50％-90％，并且由于疲勞裂紋一般為無明顯塑性變形的突然斷裂，對人員和財產安全的危害極大。對機械結構的疲勞破壞進行合理的預測和評估，可以有效的預防疲勞破壞所帶來的安全隱患。

疲勞裂紋擴展(FCG)曲線是描述裂紋在擴展過程中應力強度因子范圍ΔK與擴展速率da/dN關系的曲線。

一般的長裂紋FCG曲線以疲勞裂紋擴展門檻值ΔK_th和斷裂韌性ΔK_IC為界限分為三個階段。

尤其是，1963年，Paris在斷裂力學方法的基礎上提出了著名的Paris公式，來描述疲勞裂紋擴展規律。

Paris公式的具體表達式為：

其中，C為相關系數，m為冪律指數。

從Paris公式的形式可以看出，FCG曲線在雙對數坐標系下是一條直線。然而，經過后續眾多研究發現FCG曲線一般在FCG曲線的第二階段呈現一種雙線性關系，圖1表示了典型的疲勞裂紋擴展曲線圖，如圖1所示，根據轉折點ΔK_T可以將FCG曲線分為Paris區和近門檻值區。

對FCG曲線的評估一般有雙線性和單線性兩種模型，相比而言，雙線性模型更能反映材料疲勞裂紋擴展行為的真實情況，其評估水平也更加可信和精確。建立一個合理可靠的雙線性模型，是評估結果是否可信的關鍵。

現有的設計標準中，如ASME、JSME和FEM等標準，僅規定了最保守的單線性模型，并且對不同應力比的情況未加以考慮，從而導致了材料性能的浪費。

在某些較為罕見的特殊工況下，現有的以經驗公式為基礎的標準并不能對材料的裂紋擴展行為進行有效的預測和評估。若材料在某些較為極端的工況下，實驗的成本過高，大規模的實驗測定過于費時費力。

因此，目前并沒有一種簡捷而準確的材料疲勞裂紋擴展行為的預測及評估方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法、系統及介質，解決現有材料疲勞裂紋擴展行為的預測評估準確性低、測試成本高的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種材料疲勞裂紋擴展行為的簡捷評估方法，包括以下步驟：

步驟S1、獲取指定應力比下的基準疲勞裂紋擴展曲線；

步驟S2、根據基準疲勞裂紋擴展曲線的轉折點，獲取任意一應力比R下的疲勞裂紋擴展曲線的轉折點的應力強度因子范圍ΔK_T(R)；

步驟S3、獲取Paris區的預測曲線；