[发明专利]一种基于试件表面温度演化分析的金属疲劳寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种基于试件表面温度演化分析的金属疲劳寿命预测方法。根据疲劳失效后试件自然冷却阶段的温升值演化曲线计算相应的热散失率演化曲线。将温升值演化曲线和热散失率演化曲线结合分析，获得表示试件与外部环境之间热交换的热散失率和温升值对应关系。根据这种对应关系确定临界温升值。以临界温升值为标准确定初始温度上升阶段选取范围，准确计算初始温升斜率，进而确定预测模型参数，对金属材料的疲劳寿命进行预测。本发明解决了现有相关技术不能准确测定初始温升斜率的关键基础问题，同时具有快速、经济、准确等优点，是一种先进高效的金属材料疲劳性能分析检测新技术。

技术领域

本发明涉及一种基于试件表面温度演化分析的金属疲劳寿命预测方法，属于金属疲劳寿命预测方法技术领域。

背景技术

疲劳破坏是引起工程结构失效的最主要原因，工程结构中因疲劳失效引起破坏事故占失效总数的80％以上。另一方面，疲劳破坏事故又具有突然性。结构在发生疲劳失效之前往往没有明显的塑性变形，使得疲劳破坏事故难以通过检测手段进行预防。因此，在设计和生产制造之前对材料的疲劳性能进行有效的评估就显得非常重要。

目前常用的疲劳研究手段主要是经验性的。通过记录金属材料在不同载荷下的疲劳寿命，并对试验结果进行统计分析，进而评估试验材料的疲劳性能。然而这些疲劳试验方法存在着试验周期长、试件消耗大、数据离散等一系列不足。这些都为获取材料的疲劳性能带来了相当大的困难。

近些年来，一系列基于试件在疲劳载荷下能量耗散的金属材料疲劳性能分析检测方法被提出，被称为能量方法。与传统试验方法相比，能量方法在很大程度上缩短了试验周期，减少了试验材料的消耗，是一种快速、经济、准确的金属材料疲劳性能分析检测技术。其中，哈尔滨工业大学的张亮在其博士学位论文—《铝合金高周疲劳的能量耗散模型及寿命预测》中提出了一种基于能量耗散的金属材料高周疲劳寿命预测模型，并提出材料在疲劳载荷下的能量耗散可以用试件在疲劳载荷作用下温度演化曲线初始阶段的温度增加速率(简称为初始温升斜率)来表示。然而，在张亮所提出的方法中没有明确“初始阶段”的选取标准，使得根据不同范围的初始温度上升阶段计算得到初始温升斜率之间具有较大的差异，这给实际应用造成了一定程度的困难。

对于用初始温升斜率表示能量耗散率的现有疲劳寿命预测技术来说，准确测定待测金属材料在不同载荷下的初始温升斜率是关键性的基础。现有技术在这一方面并没有给出明确的标准，造成了对于相同的温升曲线选取不同的计算范围得到的初始温升斜率差别较大。这一问题使得现有技术在实际使用中带有很强的经验性，在很大程度上限制了现有技术在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即现有技术在这一方面并没有给出明确的标准，造成了对于相同的温升曲线选取不同的计算范围得到的初始温升斜率差别较大。这一问题使得现有技术在实际使用中带有很强的经验性，在很大程度上限制了现有技术在实际中的应用。进而提供一种基于试件表面温度演化分析的金属疲劳寿命预测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于试件表面温度演化分析的金属疲劳寿命预测方法，