[发明专利]金属材料寿命预测方法

说明书

本发明提供了一种金属材料寿命预测方法，所述金属材料寿命预测方法包括：通过应力强度因子理论的表达式和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，以及塑性区的体积与裂纹长度的幂指函数成正比的原理推导出裂纹扩展所需总的塑性应变能的计算模型。然后根据相关理论推导出塑性应变能密度的计算公式，并构造出塑性应变能密度非线性增量模型，以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。从而得出循环加载条件下金属构件的塑性应变能与疲劳寿命之间的定量关系。

技术领域

本发明涉及材料力学技术领域，特别涉及一种金属材料寿命预测方法。

背景技术

在工程实际构件疲劳寿命的预估方法中，能量方法是其中最活跃的领域之一，它以危险点的能量历程为研究对象，并将高周疲劳与低周疲劳统一考量，这使得能量法具有更广的使用范围。但在实际应用中，试件失效能是呈非线性累计，在累计过程中能量密度增量逐渐降低并趋于稳定，在没有实验条件的情况下，如何利用材料相关参数估计实际工程构件的寿命，为工程实践提供一种简单可行的疲劳损伤估算方法成为迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属材料寿命预测方法，以解决现有的疲劳损伤估算方法依赖实验条件且较复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属材料寿命预测方法，所述金属材料寿命预测方法包括：

通过应力强度因子理论的表达式和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，以及塑性区的体积与裂纹长度的幂指函数成正比的原理推导出裂纹扩展所需总的塑性应变能的计算模型。然后根据相关理论推导出塑性应变能密度的计算公式，并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，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。从而得出循环加载条件下金属构件的塑性应变能与疲劳寿命之间的定量关系。

可选的，在所述的金属材料寿命预测方法中，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；

确定循环强度系数和循环应变硬化指数；

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。

可选的，在所述的金属材料寿命预测方法中，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。

可选的，在所述的金属材料寿命预测方法中，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。

可选的，在所述的金属材料寿命预测方法中，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；