[发明专利]一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，在临界平面法的应变损伤的初始公式的基础上，引入基于应力梯度的修正因子来对缺口支撑效应进行修正，进而得到一个新的损伤参量，最后得到基于应力梯度修正的多轴疲劳寿命预测模型；具体包括以下步骤：

S1.对待分析构件进行弹塑性有限元分析，确定其应力应变分布以及可能发生疲劳失效的危险区域，所述危险区域中含若干危险边界单元；

S2.获取各危险区域对应的所有危险边界单元在某个稳定循环内的12个应力应变随时间变化的分量；

S3.将步骤S2得到的所有危险边界单元在某个稳定循环内的12个应力应变随时间变化的分量作为输入，根据临界平面法，通过计算最大剪应变幅值确定临界平面并得到垂直于临界平面的最大正应力值；

S4.根据危险点附近危险边界单元内的最大主应力的分布，计算危险边界单元内相对应力梯度；

S5.重新对待分析构件进行弹塑性有限元分析，施加使构件整体应力水平均低于材料屈服极限的载荷，在此分析结果的基础上提取各危险边界单元内的最大主应力分布进而获得各危险边界单元相对应的相对应力梯度常数；

S6.根据步骤S5得到的各危险边界单元对应的相对应力梯度常数对各危险边界单元的相对应力梯度进行归一化处理；

S7.根据各危险边界单元相对应的归一化相对应力梯度、最大剪应变幅值以及最大正应力值计算得到基于应力修正后的损伤参量，进而带入寿命预测方程得到待检测构件的疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S5所述载荷为：满足使构件整体应力水平低于材料屈服极限200MPa以上的载荷。

3.根据权利要求2所述的一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S6所述归一化具体为：将危险边界单元内相对应力梯度χ_elem除以危险边界单元内梯度常数χ_c，得到归一化的相对应力梯度χ_nor。

4.根据权利要求3所述的一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S7所述损伤参量的计算具体包括以下分步骤：

A1.基于临界平面法的应变损伤的初始公式为：

其中，γ_a为临界平面上的最大剪应变幅值，σ_n,max为临界平面上的最大正应力，σ_y为循环屈服应力，k为材料常数，根据材料的不同有不同的取值；

A2.基于步骤A1中的式子，结合步骤S6得到的归一化的相对应力梯度χ_nor对缺口效应的影响进行修正，得到的新的损伤参量的表达式为：

其中，DP为损伤参量，γ_a为临界平面上的最大剪应变幅值，p和q为材料常数，χ_nor为归一化处理后的单元内相对应力梯度，σ_n,max为临界平面上的最大正应力，k为模型参数。

5.根据权利要求4所述的一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述材料常数p和q的确定过程为：首先对至少两种不同尺寸的缺口试件进行疲劳试验，然后通过对各不同尺寸的试件分别施加与疲劳试验时相同的载荷进行有限元分析得到每种加载下的初始应变损伤以及归一化处理后的单元内相对应力梯度χ_nor，最后通过拟合得到p和q。

6.根据权利要求5所述的一种耦合应力梯度修正的缺口件多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述DP基于能量或应力或应变建立，通用的疲劳分析公式如下：

DP·n′_χ＝DP·f(χ_nor)＝f(N_f)

其中，n′_χ为应力梯度修正因子，为归一化相对应力梯度χ_nor的函数f(χ_nor)；DP为损伤参量；N_f为疲劳寿命，f(N_f)为疲劳寿命的函数。