[发明专利]一种金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法

权利要求书

1.一种金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)分析金属材料构件的典型服役工况和不同部位的服役温度，确定材料高周疲劳的几种典型服役温度；

(2)选择至少两种不同的典型服役温度，分别进行每种温度下的高周疲劳性能测试，获得不同温度下的应力σ_a-寿命N_f关系和疲劳强度，应力σ_a-寿命N_f关系即为S-N曲线；

(3)通过Basquin公式拟合，获得不同温度条件下的疲劳强度系数σ_f′和疲劳强度指数b；

(4)对步骤(3)获得的不同温度下疲劳强度系数σ_f′数据进行拟合，建立疲劳强度系数σ_f′与温度T之间的定量关系；对步骤(3)获得的不同温度下疲劳强度指数b数据进行拟合，建立疲劳强度指数b与温度T之间的定量关系；

(5)把步骤(4)中获得的以T为变量的疲劳强度系数σ_f′表达式和疲劳强度指数b表达式代入Basquin方程，建立应力幅σ_a、疲劳寿命N_f和温度T三者之间的定量关系，进而对其他服役温度下的S-N曲线和疲劳强度进行预测；基于Basquin关系，应力幅σ_a、疲劳寿命N_f与温度T定量关系式如公式(4)所示；

σ_a＝(eT+f)·(2N_f)^(mT+n)(4)；

公式(4)中：e、f、m和n通过软件拟合直接获取；

对于连续下降型和疲劳极限型S-N曲线，通过步骤(a)和步骤(b)计算特定温度下的条件疲劳强度：

(a)对于连续下降型S-N曲线，直接将设定温度和循环周次带入公式(4)，计算疲劳强度；

(b)对于疲劳极限型S-N曲线，直接将设定温度和曲线拐点周次带入公式(4)，计算疲劳强度；

将公式(4)转换形式为公式(5)；

利用公式(5)，通过设定温度和应力幅计算疲劳寿命，获得新的S-N曲线。

2.根据权利要求1所述的金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：步骤(1)中，高周疲劳试验温度根据构件的典型服役工况下不同部位的温度选取，且在试验过程中温度随服役时间恒定不变。

3.根据权利要求1所述的金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：步骤(2)中，高周疲劳试验采用高频疲劳试验机和中低频疲劳试验机，高温加热方法采用电阻炉，疲劳强度采用升降法进行计算。

4.根据权利要求1所述的金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：步骤(3)中，每个温度的疲劳强度系数σ′_f和疲劳强度指数b基于公式(1)所示的Basquin方程通过Origin或Excel软件进行拟合直接获得；

σ_a＝σ′_f(2N_f)^b(1)。

5.根据权利要求1所述的金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：步骤(4)中，不同温度的疲劳强度系数σ′_f和疲劳强度指数b通过Origin、Excel软件进行拟合直接获得。

6.根据权利要求1所述的金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，其特征在于：步骤(4)中，如果存在线性关系，疲劳强度系数和疲劳强度指数分别拟合如公式(2)和公式(3)，即获得了以T为变量的疲劳强度系数σ′_f表达式和疲劳强度指数b表达式；

σ′_f＝eT+f         (2)；

b＝mT+n             (3)；

公式(2)和公式(3)中：e、f、m和n通过软件拟合直接获取。