[发明专利]一种用于机械构件疲劳裂纹寿命的预估方法

权利要求书

1.一种用于机械构件疲劳裂纹寿命的预估方法，所述机械构件采用金属材料制成，且承受轴向载荷的作用，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、采用等效应力法建立疲劳裂纹的萌生寿命数学模型；

步骤二、计算疲劳裂纹的初始尺寸和临界尺寸，并依据帕里斯经验公式，建立疲劳裂纹的扩展寿命数学模型；

步骤三、结合疲劳裂纹的萌生寿命和扩展寿命数学模型，建立疲劳裂纹的全寿命数学模型；

通过断面收缩率ψ与断裂延性ε_f的结合，对机械构件进行循环软化和循环硬化的分类，进而建立不同的疲劳裂纹的萌生寿命数学模型；

利用如下方程式，建立疲劳裂纹的萌生寿命数学模型N_i

其中，α＝ψε_f＝-ψln(1-ψ)，E表示材料的弹性模量，n表示应变硬化指数，ψ表示断面收缩率，σ_b表示抗拉强度，σ_s表示屈服极限，△σ表示名义应力幅值，ε_f表示断裂真应变即断裂延性，K_t表示应力集中因子，R表示应力比；

所述步骤三中的疲劳裂纹的全寿命数学模型设置为萌生寿命、扩展寿命数学模型之和。

2.根据权利要求1所述的用于机械构件疲劳裂纹寿命的预估方法，其特征在于：通过对Ⅰ型裂纹应力强度因子计算公式的反推，计算疲劳裂纹的初始尺寸和临界尺寸。

3.根据权利要求2所述的用于机械构件疲劳裂纹寿命的预估方法，其特征在于所述步骤二中的疲劳裂纹的初始尺寸和临界尺寸的计算方法包括以下步骤：

步骤Ⅰ、利用如下方程式，计算疲劳裂纹的初始尺寸a₀

其中，△K_th表示疲劳裂纹扩展阈值，对应于已有疲劳裂纹不再扩展的应力强度因子值，σ_r表示持久极限应力，F表示无量纲系数，考虑机械构件的形状因子；

步骤Ⅱ、利用如下方程式，计算疲劳裂纹的临界尺寸a_c

其中，K_IC表示平面应变断裂韧性，材料的固有特性，F表示无量纲系数，考虑机械构件的形状因子，△σ表示名义应力幅值。

4.根据权利要求3所述的用于机械构件疲劳裂纹寿命的预估方法，其特征在于：利用如下方程式，建立疲劳裂纹的扩展寿命数学模型N_c

其中，a₀表示疲劳裂纹的初始尺寸，a_c表示疲劳裂纹的临界尺寸，△σ表示名义应力幅值，C、m表示材料常数，F表示无量纲系数，考虑机械构件的形状因子。