[发明专利]一种多轴疲劳寿命预测模型有效

专利信息
申请号: 201810253959.4 申请日: 2018-03-26
公开(公告)号: CN108491640B 公开(公告)日: 2021-06-25
发明(设计)人: 赵丙峰;谢里阳;樊富友;胡杰鑫;张诗健;李海洋;李冲 申请(专利权)人: 东北大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06F119/14
代理公司: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 代理人: 李晓光
地址: 110169 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 疲劳 寿命 预测 模型
【说明书】:

发明涉及一种多轴疲劳寿命预测模型,求解薄壁构件危险部位不同位向角α、不同时刻t下的剪应变,得到薄壁构件危险部位剪应变的变化历程图;通过变化历程图,主临界平面和次临界平面,位向角分别为αmax、αt;在次临界面上计算加载周期内平均附加强化影响因子;结合主临界面上的应变参数,求解临界面上的主等效应变;临界平面上求得的参数为主等效应变,次临界平面上求得的参数为修正应变,将两者合成为等效应变;结合等效应变与Manson‑Coffin方程联结,求解结构多轴疲劳寿命。本发明从多轴加载过程中附加强化产生的原理入手,提出了一种新的多轴疲劳寿命预测模型,具备更高的精度和更广泛的材料适应性。

技术领域

本发明涉及一种机械部件寿命预测模型,具体为一种多轴疲劳寿命预测模型。

背景技术

在工程实践中,大多数工程结构和机械零件都承受着各种形式的循环载荷,载荷分布大多呈现多轴应力状态。即使处于单轴外载荷环境中,鉴于构件几何形状的复杂性,其危险部位实际承受的载荷仍呈多轴分布,失效模式同样属于多轴疲劳失效。因此,在循环荷载作用下,对多轴疲劳的研究比单轴疲劳更加接近工程实际,有更广泛的应用背景。

最早的多轴疲劳估算方法通常是将多轴疲劳损伤等效为单轴情况,然后基于单轴疲劳理论研究多轴加载条件下的疲劳寿命预测方法,主要基于三个准则:最大主应力/主应变准则、Mises等效应力/应变准则、Tresca最大切应力/切应变准则。大量研究发现,对于多轴比例加载,这些准则是有效的,且简单实用,但在非比例加载情况下,上述准则都不能给出理想的预测结果。在之后几十年中,通过众多学者的努力探索,主要建立了三大类多轴疲劳寿命预测模型:等效应变法、能量法、临界面法。等效应变法和能量法虽然应用简单、计算方便,但应用范围却十分有限;临界平面法虽然也有其本身的局限性,但相比于其他两类方法仍有其明显优势,并得到了广泛应用。临界平面法主要有SWT模型、KBM模型、FS模型以及Shang-Wang模型。但以上方法都未能充分考虑附加强化现象对多轴疲劳寿命的影响,即使有些模型考虑到了其影响,也未能明确指出多轴疲劳过程中加载路径和材料属性的耦合关系,未能从本质上分析多轴加载过程中的附加强化现象。针对这些问题,现阶段还没有一种临界平面法模型能全面考虑附加强化现象对多轴疲劳寿命的影响,但即便如此,临界平面法仍以其他方法无法比拟的优势成为多轴疲劳领域的常用方法。

较为常用的Shang-Wang模型和KBM模块对于部分材料,两个模型都具有较高的预测精度,都会在相应的几种材料上出现预测精度较低的现象,以上两种模型的应用普遍性较差,不能广泛应用于各种材料,这也是现有多轴疲劳寿命预测模型普遍存在的问题。

发明内容

针对现有临界平面模型不能全面考虑附加强化现象对多轴疲劳寿命的影响、不能广泛应用于各种材料等不足,本发明要解决的问题是提供一种具有更高的精度和更广泛的材料适应性的多轴疲劳寿命预测模型。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:

本发明一种多轴疲劳寿命预测模型,包括以下步骤:

1)利用有限元分析求解薄壁构件危险部位不同位向角α、不同时刻t下的剪应变,得到薄壁构件危险部位剪应变的变化历程图;

2)通过上述变化历程图,得到最大剪应变幅所在的平面,将此平面定义为主临界平面,并定义此平面的位向角为αmax

3)定义任意时刻t,通过上述变化历程图,得到该时刻最大剪应变所在的平面,将此平面定义为t时刻的次临界平面,并定义此平面的位向角为αt

4)在次临界面上计算一个加载周期内平均附加强化影响因子;

5)结合主临界面上的应变参数,求解临界面上的主等效应变:

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