[发明专利]非线性结构零件损伤循环计数方法及其疲劳寿命分析方法

说明书

本发明公开了非线性结构零件损伤循环计数方法及其疲劳寿命分析方法，属于零件疲劳寿命分析领域，其解决了现有非线性结构零件在多轴随机载荷下无法预测其疲劳寿命的问题。本发明的循环计数方法包括：1)采集多轴随机载荷并建立载荷谱；2)对载荷谱逐点进行采样，形成一个包含方向和大小的载荷空间矢量；3)建立空间坐标系，将步骤2)中载荷空间矢量归并到等角度间隔的若干个方向，在各个方向按矢量的时间顺序形成该方向上的单轴载荷谱；4)计算步骤3)中单轴载荷谱下的主应变或主应力，形成应变谱或者应力谱；6)对步骤5)中应变谱或应力谱进行循环计数。本发明能够准确预测非线性结构零件在多轴随机载荷下的疲劳寿命，分析效率高。

技术领域

本发明属于零件疲劳寿命分析领域，具体地说，涉及非线性结构零件损伤循环计数方法及其疲劳寿命分析方法。

背景技术

非线性结构零件如橡胶隔振器或者密封器，在实际工况中承受复杂的载荷，载荷一般是多轴变幅随机载荷，在这种交变的载荷作用下，橡胶部件很容易产生疲劳破坏，影响其使用，对采用该橡胶部件的整个系统产生很大的影响。针对金属材料的循环计数已经提出了较多，最常用的为雨流计数法，可以处理单轴载荷或者多轴比例载荷；Wang-Brown法是比较常用的多轴随机谱的载荷计数方法，在金属材料的疲劳载荷谱的处理上得到了一定的应用，由于橡胶材料和金属材料的损伤机理不同，该方法尚不能直接用于橡胶材料。同时上述循环计数方法是对应变谱的计数，对于金属材料，该方法同样适用于载荷循环计数，但由于橡胶材料的非线性，该方法不适用。

中国专利申请号200910054257.4，公开日2009年12月2日的专利申请文件，公开了一种预测汽车后悬架多轴疲劳的方法，基于单轴循环应力应变关系进行后悬架弹塑性有限元分析，并对后悬架进行二轴性分析，确定后悬架承受多轴非比例载荷状态，并确定其可能的裂纹扩展形式，选择选用基于临界面法的BANNANTINE模型和WANG-BROWN模型进行测试后悬架的多轴疲劳寿命。该发明的优点是避免了传统的单轴疲劳寿命测试中不能真实考虑汽车后悬架的实际载荷状态，考虑了后悬架结构非线性因素、橡胶连接件的非线性因素、车轮轮胎的非线性因素、轮胎和地面接触条件等，提高计算精度。

中国专利申请号201210353293.2，公开日2014年3月26日的专利申请文件，公开了一种车用发动机载荷谱编制方法，主要由以下步骤组成：基准参数选取、峰谷值检测、小载荷去除、多参数峰谷值计数、发动机载荷序列谱、载荷过渡时间矩阵、载荷保持时间矩阵、发动机载荷时间谱。该发明可以解决车用发动机载荷谱编制，将载荷谱作为发动机设计、试验、定型、定寿和延寿的规范的技术问题。

上述两份专利申请公开的技术方案都是针对金属材料进行的载荷循环计数，至今为止，尚没有针对橡胶材料等非线性结构零件在多轴随机载荷下的应变循环计数方法，无法实现多轴随机工况下的橡胶部件的疲劳寿命分析，严重地影响了橡胶部件的设计和使用，导致橡胶零件不能满足各种交通运输工具、机械设备设计的需要。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有非线性结构零件在多轴随机载荷下无法预测其疲劳寿命，导致非线性结构零件使用范围受限的问题，本发明提供非线性结构零件损伤循环计数方法及其疲劳寿命分析方法，能够准确预测非线性结构零件在多轴随机载荷下的疲劳寿命，分析效率高，精度高，为非线性结构零件在设计使用上扫除了障碍，有利于非线性结构零件的推广使用。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

非线性结构零件损伤循环计数方法，包括如下步骤：

1)采集非线性结构零件使用中受到的多轴随机载荷，并建立载荷谱；

2)对步骤1)中载荷谱逐点进行采样，将相同时刻的载荷合成为总的载荷，标记为一个包含方向和大小的载荷空间矢量；