[发明专利]基于非线性疲劳损伤累积理论的构件疲劳寿命评估方法

权利要求书

1.基于非线性疲劳损伤累积理论的构件疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括：

采用有限元分析模型对构件在至少一个工况下进行应力分析，并选取应力值大于设定应力的区域作为该工况的危险分析区域；

采用构件在一次任务中的载荷施加于有限元分析模型中进行仿真，得到危险分析区域中应力、应变的最大值与最小值；所述构件为飞机的涡轮盘；

根据危险分析区域中应力的最大值与最小值，计算每个工况的等效应力：

其中，σ_i为第i个工况的等效应力；σ_a＝(σ_max-σ_min)/2为应力幅值，σ_max为最大应力，σ_min为最小应力；γ为材料参数；

根据危险分析区域中应变的最大值和最小值，预测构件在每级工况下的疲劳寿命：

其中，N_fi为第i级工况的疲劳寿命；ε_a＝(ε_max-ε_min)/2为应变幅值，ε_max为最大应变，ε_min为最小应变；σ_0.2为屈服极限；σ_b为强度极限；σ′_f为疲劳强度系数；E为弹性模量；b为疲劳强度指数；ε′_f为疲劳延性系数；c为疲劳延性指数；

根据每个工况下的等效应力和疲劳寿命预测值，计算构件在应力谱下的疲劳累积损伤；

根据疲劳累积损伤，计算构件的疲劳寿命：

T＝t/D_total

其中，T为疲劳寿命；t为构件工作时间；D_total为疲劳累积损伤；

所述根据每个工况下的疲劳寿命预测值及非线性累积损伤理论，计算构件在应力谱下的疲劳累积损伤进一步包括：

计算构件在至少一级工况的等效应力作用下循环时的疲劳损伤D_i：

构件在应力谱下的疲劳累积损伤D_total＝D₁+D₂+…+D_i-1+D_i；

当工况至少为两级时，计算每个工况的等效应力之前还包括根据构件所经历时间的次序，对一次飞行任务中出现的多个工况进行排序，σ₁、σ₂、…、σ_i对应于排序后的工况的等效应力；

当工况为二级时，首先计算构件在一级工况的等效应力σ₁作用下循环n₁次时的疲劳损伤D₁：

其中，N_f1为构件在一级工况下的疲劳寿命；

其次，计算构件在二级工况的等效应力作用下的疲劳损伤：

根据损伤等效性，在等效应力σ₁作用下循环n₁次累积的损伤等于等效应力σ₂作用下循环n₂次累积的损伤：

其中，N_f2为构件在二级工况下的疲劳寿命；

构件在应力谱下的疲劳累积损伤D_total＝D₁+D₂；

当工况为至少三级时，计算构件在多级工况的等效应力作用下的疲劳损伤：

其中，n_i为在等效应力σ_i作用下循环次数，i≥3；

构件在应力谱下的疲劳累积损伤D_total＝D₁+D₂+…+D_i-1+D_i。

2.根据权利要求1所述的基于非线性疲劳损伤累积理论的构件疲劳寿命评估方法，其特征在于，每个工况的危险分析区域的选取方法进一步包括：

选取至少一个工况进行静力学和动力学分析，在有限元分析模型中仿真得到每个工况的应力云图和应变云图，选取应力达到其屈服极限的80％以上的区域作为该工况的危险分析区域。

3.根据权利要求1或2所述的基于非线性疲劳损伤累积理论的构件疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述构件为飞机的涡轮盘，采用有限元分析模型进行仿真时选用飞机一次飞行任务中发动机的转速作为荷载。