[发明专利]一种金属材料疲劳性能优劣的评价方法

说明书

本发明公开了一种金属材料疲劳性能优劣的评价方法，属于材料科学与工程应用技术领域。该技术基于材料疲劳寿命数据以及服役工况与安全指标，发展了疲劳失效评定曲线，用应力/应变范围分割安全区域、失效区域、以及中间区域或相交区域，通过当量安全面积的计算，比较不同材料的疲劳性能。该技术解决了不同材料的疲劳性能分散、无法进行直接比较的问题。新技术具有评价迅速、应用简单的优点，可广泛应用于不同金属材料疲劳性能的优劣对比评价。

技术领域

本发明涉及材料科学与工程应用技术领域，具体涉及一种金属材料疲劳性能优劣的评价方法。

背景技术

疲劳失效是工程事故中常见的三种失效形式之一。使役寿命较长材料往往具有较强的抵抗抗疲劳失效的能力。在工程上，这种能力也称为疲劳性能，通常由试样的疲劳试验测得，即S-N曲线测试。然而，对于一组试样，即使统一其成分、工艺、尺寸、形状，测试结果也不是唯一不变的S-N曲线，而是S-N曲线的分散带。尤其是工程材料，这种分散带会更宽。材料疲劳疲劳性能的优劣比较，需要涉及S-N曲线分散带之间可能出现的多种情形，如包含和被包含、相交或相离。即使不考虑分散带，这三种情形也会出现在任意两材料的中值S-N曲线中。然而，现有方法都是建立在不考虑分散性的前提下，也没有通用可行的评定标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料疲劳性能优劣的评价方法，该方法考虑了疲劳性能的分散性特点，可准确、快速评定材料疲劳性能优劣，有助于节约疲劳性能测试成本，并可指导工程安全选材。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属材料疲劳性能优劣的评价方法，该方法包括如下步骤：

(1)拟合疲劳寿命规律C-P-S/ε-N曲线：

测试待评价金属材料在不同应力S_i或应变ε_i下的疲劳寿命N_i,j，然后基于疲劳寿命数据点[寿命N_i,j，应力S_i或应变ε_i]，统计各个应力水平S_i或循环应变ε_i下的寿命分布，并拟合出疲劳寿命规律C-P-S/ε-N曲线；具体包括如下步骤(1.1)-(1.4)：

(1.1)根据公式(1)计算各应力水平或循环应变下的对数寿命中值μ_i：

公式(1)中，m_i为第i级应力或应变下的试样个数；lgN_i,j为第i级应力或应变下第j个试样的对数寿命；

(1.2)根据公式(2)计算各应力水平或循环应变下的对数寿命标准差σ_i：

(1.3)根据公式(3)计算各应力水平或循环应变下的概率寿命：

根据金属材料服役安全指标置信度C和存活率P，计算各个应力水平S或循环应变ε下的概率寿命值N_C,P,i；

公式(3)中，h(P,C,n)根据公式(4)进行计算，公式(4)中的β根据公式(5)计算，Γ(X)根据公式(6)计算；

公式(4)-(6)中，β为对数寿命标准差σ_i的修正系数，n为各级应力水平或循环应变下的试样总数，t_C(n-1)为自由度为n-1的t分布的概率值等于C的下侧分位数，u_P为标准正态分布的概率值等于P的下侧分位数，Г(X)为Gamma函数，e为自然对数的底数；