[发明专利]金属材料寿命预测方法

权利要求书

1.一种金属材料寿命预测方法，其特征在于，所述金属材料寿命预测方法包括：

通过第一关系、第二关系，以及第三关系推导出裂纹扩展所需总的塑性应变能的计算模型；

所述第一关系为应力强度因子理论的表达式；

所述第二关系为裂纹附近材料的塑性应变所需的能量取决于塑性区的体积和塑性区的应变分布；

所述第三关系为塑性区的体积与裂纹长度的幂指函数成正比；

推导出塑性应变能密度的计算模型；

基于试件损伤累积点温度变化的纯铜疲劳寿命预测，构造出塑性应变能密度非线性增量模型，通过所述塑性应变能密度非线性增量模型得出随着循环加载的增加，塑性应变能密度的增量逐渐减小并趋于稳定；

计算循环加载条件下金属构件塑性应变能与疲劳寿命之间的定量关系；

所述金属材料寿命预测方法还包括：

获取所述金属材料的固有参数；

确定循环强度系数K′和循环应变硬化指数n′；

计算单次载荷下的总塑性应变能；

计算出总的失效能，并估算出所述金属材料疲劳寿命；

计算单次载荷下的总塑性应变能包括：

给定塑性应力幅值，在相应的塑性应力幅值下算出塑性应变幅值，塑性应变幅值的计算公式如下：

其中，Δσ为给定应力幅值；

计算出单次载荷下的塑性应变能密度为：

计算单次载荷下塑性应变能密度的增量值为：

计算单次载荷下总塑性应变能为：

ΔW_pf＝ΔW_p+δW

其中，σ_a为根据实际应力定义的载荷，N_i为疲劳寿命，α、β为等效应力增量参数，Δε_pZ为等效应力增量下的塑性应变增量。

2.如权利要求1所述的金属材料寿命预测方法，其特征在于，所述固有参数包括所述金属材料的极限抗拉强度、断裂强度、断面收缩率、应力比和断后伸长率。

3.如权利要求2所述的金属材料寿命预测方法，其特征在于，确定循环强度系数和循环应变硬化指数包括：

所述循环应变硬化指数为：

所述循环强度系数为：

其中：

其中，σ_b为所述金属材料的极限抗拉强度、σ_f为所述金属材料的断裂强度、ε_f为所述金属材料的断裂延性，E为所述金属材料的弹性模量。

4.如权利要求1所述的金属材料寿命预测方法，其特征在于，计算出总的失效能，并估算出所述金属材料疲劳寿命包括：

所述总的失效能为：

η＝-16R+15ψ+4.5δ；

其中，W_fo为所述金属材料的韧性，ψ为所述金属材料的断面收缩率、R为应力比、δ为断后伸长率；

累加所述单次载荷下总塑性应变能，直至累加值等于所述总的失效能，以估算出金属材料的疲劳寿命。

5.如权利要求4所述的金属材料寿命预测方法，其特征在于，所述金属材料的韧性为：

其中：n为应变硬化指数，σ_f为所述金属材料的断裂强度、ε_f为所述金属材料的断裂延性。