[發(fā)明專利]一種金屬材料的高周疲勞全壽命預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111168022.5
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN114216803A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張麗;劉堯;李旭東;焦?jié)奢x;武亮亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): G01N3/32
• 分類號(hào): G01N3/32
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

1.一種金屬材料的高周疲勞全壽命預(yù)測方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟一、根據(jù)公式(1)計(jì)算裂紋萌生壽命N_i；

式中：Δσ為應(yīng)力范圍，Δσ_e為疲勞極限，a_i為初始裂紋尺寸，依據(jù)公式(2)計(jì)算獲得，μ為剪切模量，M為泰勒常數(shù)，λ為常數(shù)(0.005)，h為滑移帶寬度，D為晶粒尺寸，ν為泊松比，α為依賴于滑移角度和層錯(cuò)能的常數(shù)，取值在0＜α≤1范圍內(nèi)；

步驟二、根據(jù)公式(2)計(jì)算初始裂紋尺寸a₀：

式中：為長裂紋門檻值，F(xiàn)(a)為邊界修正因子，對(duì)確定條件下，如溫度和應(yīng)力比確定，a_i為確定的常數(shù)；

步驟三、對(duì)待測金屬材料進(jìn)行不同應(yīng)力比下的長裂紋和小裂紋疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，對(duì)小裂紋和長裂紋分別采用割線法和七點(diǎn)遞增法計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率，針對(duì)不同的試樣形狀根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊中給出的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式計(jì)算出相應(yīng)的ΔK值，進(jìn)而確定材料分別在長短裂紋階段的材料參數(shù)C和n；

3.1對(duì)不同應(yīng)力比下的長短裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)，采用裂紋閉合模型進(jìn)行分析，獲得有效應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK_eff，進(jìn)而獲得小裂紋擴(kuò)展速率和有效應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的關(guān)系，及其表達(dá)式：

以及長裂紋擴(kuò)展速率和有效應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的關(guān)系，及其表達(dá)式

3.2將長短裂紋擴(kuò)展速率數(shù)據(jù)放在同一坐標(biāo)系下，發(fā)現(xiàn)長短裂紋典型擴(kuò)展曲線通常相交于“膝交點(diǎn)”，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍為ΔK^*，根據(jù)公式：

可計(jì)算不同應(yīng)力條件下的“膝交點(diǎn)”對(duì)應(yīng)的裂紋長度值a^*，部分材料可能沒有“膝交點(diǎn)”；

步驟四、根據(jù)公式(6)計(jì)算臨界裂紋長度a_f

K_IC為試驗(yàn)條件下的材料斷裂韌度；

步驟五、由步驟一～四分別獲得萌生壽命N_i，初始裂紋尺寸a_i、小裂紋和長度裂紋擴(kuò)展曲線“膝交點(diǎn)”裂紋長度值a^*、臨界裂紋尺寸a_f、小裂紋和長裂紋擴(kuò)展速率與有效應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系式，再根據(jù)公式(7)計(jì)算不同應(yīng)力條件下的試樣斷裂壽命：