[发明专利]一种基于权平均最大剪切应变幅平面的多轴疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于权平均最大剪切应变幅平面的多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤为，

步骤1)：将多轴变幅载荷历程通过vonMises等效应变公式合成等效应变历程，vonMises等效应变ε_eq计算如下：

ϵeq=12(1+νeff)(ϵx-ϵy)2+(ϵy-ϵz)2+(ϵz-ϵx)2+32(γxy2+γyz2+γxz2)]]>

其中，ε_x,ε_y,ε_z,γ_xy,γ_yz,γ_xz为多轴变幅载荷历程中任意时刻点的x、y、z、xy、yz、xz向的应变分量，ν_eff为有效泊松比，对vonMises等效应变历程进行Wang-Brown循环计数；

步骤2)：利用提出的权平均最大剪切应变幅平面来确定多轴变幅载荷下的临界面，提出的临界面的位相角和通过下述公式确定：

φ‾=1Σk=1mw(k)Σk=1mφcr(k)w(k)]]>

θ‾=1Σk=1mw(k)Σk=1mθcr(k)w(k)]]>

其中，m为Wang-Brown计数求得的半循环数，角度φ_cr(k)和θ_cr(k)表示在第k个半循环中具有最大法向应变幅的最大剪应变幅平面的位向，w(k)为角度φ_cr(k)和θ_cr(k)的权值，并与该面上最大剪应变幅相关，权值w(k)的计算公式为：

w(k)=Δγmax(k)Δγmax*]]>

其中，为第k个半循环中最大剪应变幅平面上的剪应变幅值，为所有半循环中的最大值；

步骤3)：计算每个半循环中临界面上的疲劳损伤参量；

3.1)确定临界面上的最大剪切应变范围Δγ_max；

Δγmax=maxtstart≤t1≤tendt1<t2≤tend{2[ϵx′y′(t1)-ϵx′y′(t2)]2+[ϵx′z′(t1)-ϵx′z′(t2)]2}]]>

其中，ε_x′y′和ε_x′z′表示临界面上的剪切应变分量，t₁表示计数得到的半循环中最大剪切应变折返点对应的第一时刻点，t₂表示计数得到的半循环中最大剪切应变折返点对应的第二时刻点，t₁≤t₂；t_start和t_end表示计数得到的一个半循环的起始点和终止点；

3.2)确定临界面上的最大剪切应变折返点之间的法向应变范围

ϵn*=maxt1≤t≤t2ϵx′(t)-mint1≤t≤t2ϵx′(t)]]>

其中，ε_x′为临界面上的法向正应变；

3.3)确定临界面上的最大正应力σ_n,max；

σx′(t)=[cosθ‾sinφ‾sinθ‾sinφ‾cosφ‾]σx(t)τxy(t)τxz(t)τxy(t)σy(t)τyz(t)τxy(t)τyz(t)σz(t)cosθ‾sinφ‾sinθ‾sinφ‾cosφ‾]]>

σn,max=maxtstart≤t≤tendσx′(t)]]>

其中，σ_x,σ_y,σ_z,τ_xy,τ_yz,τ_xz为多轴变幅载荷历程中任意时刻点t的x、y、z、xy、yz、xz向应力分量，σ_x′(t)为多轴变幅载荷下临界面上的法向正应力历程；

步骤4)：采用Wang和Brown的损伤模型或Fatemi和Socie的损伤模型进行损伤计算；Wang和Brown的损伤模型如下式：

Δγmax2+Sϵn*=[1+νe+(1-νe)S]·σf′E(2Nf)b+[1.5+0.5S]·ϵf′(2Nf)c]]>

其中，为最大剪切应变范围平面上剪切应变折返点之间的法向应变变程；ν_e为弹性泊松比；E为弹性模量；N_f为疲劳寿命；σ′_f为轴向疲劳强度系数；ε′_f为轴向疲劳塑性系数；b为轴向疲劳强度指数；c为轴向疲劳塑性指数；S为材料常数1，材料常数1通过单轴和纯扭疲劳试验确定；Fatemi和Socie的损伤模型如下式：

Δγmax2(1+wσn,maxσy)=τf′G(2Nf)bo+γf′(2Nf)co]]>

其中，σ_y为屈服应力；G为剪切模量；τ′_f为扭向疲劳强度系数；γ′_f为扭向疲劳塑性系数；b₀为扭向疲劳强度指数；c₀为扭向疲劳塑性指数；w为材料常数2，材料常数2通过单轴和扭转疲劳数据拟合得到；

步骤5)：采用Miner线性累积定律对每个半循环中计算的损伤进行累积：

D=Σk=1m12Nfk]]>

其中，N_fk为第k个半循环中求得的疲劳寿命，D为整个多轴变幅载荷历程的疲劳；计算求出整个多轴变幅载荷历程的疲劳寿命N_pre；

Npre=1D.]]>