[发明专利]一种金属材料的疲劳寿命厚度曲线绘制方法

说明书

本发明公开了一种金属材料的疲劳寿命厚度曲线绘制方法，本发明借助有限元方法来求解试样厚度对疲劳缺口系数的影响，从而在传统局部应力应变法中考虑厚度变化对危险部位局部应力应变的影响，实现不同厚度结构的疲劳寿命估算，得到不同厚度下该材料结构的N‑T曲线，弥补传统方法无法进行不同厚度结构疲劳寿命预测的不足，可以实现对不同厚度结构的疲劳寿命估算，无需开展不同厚度板的疲劳试验，经济效益显著，且对不同厚度结构危险部位的危险程度依据寿命长短进行排序，从而在疲劳试验中确定危险部位的检查顺序，或在定期修理工作中确定危险部位的检查顺序，可以极大地提高工作效率。

技术领域

本发明属于金属结构寿命预测技术领域，涉及一种用于常用金属材料的疲劳寿命(N)—厚度(T)曲线绘制方法，能够基于常用金属材料已有的力学性能试验数据，通过计算并绘制出该材料结构的三维疲劳寿命随厚度的变化曲线，即N-T曲线。

背景技术

通常，为确保足够的安全系数，结构疲劳寿命的设计和评估采用厚板平面应变状态下的试验数据。而在工程结构中，大部分构件处于薄板平面应力状态或过渡状态，而对不同厚度结构疲劳寿命的差别无法进行疲劳寿命预测，是现有寿命预测方法存在的缺陷之一。如目前工程上常用局部应力应变法估算结构疲劳寿命，主要结合材料的循环应力应变曲线，将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱，然后根据危险部位的局部应力应变历程估算寿命。但由于无法考虑厚度变化对危险部位局部应力应变的影响，因此，不得不针对不同材料开展从薄板平面应力状态至厚板平面应变状态的不同厚度板疲劳试验，耗费大量的人力、财力和时间。

本发明借助有限元方法来求解试样厚度对疲劳缺口系数的影响，从而在传统局部应力应变法中考虑厚度变化对危险部位局部应力应变的影响，实现不同厚度结构的疲劳寿命估算，得到不同厚度下该材料结构的N-T曲线，弥补传统方法无法进行不同厚度结构疲劳寿命预测的不足。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的无法考虑厚度变化对危险部位局部应力应变的影响的缺陷，提供一种金属材料的疲劳寿命厚度曲线绘制方法。所述一种金属材料的疲劳寿命厚度曲线绘制方法具有安全、合理地评估结构的三维疲劳寿命，并提供便捷有效的方法等特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属材料的疲劳寿命厚度曲线绘制方法，

步骤1：根据式确定不同厚度构件的疲劳缺口系数K_f；

步骤2：根据式计算材料的临界厚度值，并通过查表获取该材料结构件的DFR值；

步骤3：在该DFR应力水平下，运用局部应力应变法计算不同厚度结构件的疲劳寿命；

步骤4：以横坐标为厚度T，纵坐标为对应厚度下的疲劳寿命N，绘制该材料结构的N-T曲线。

优选的，所述K_IC为材料的平面应变断裂韧度，σ_P0.2为材料的屈服强度，从而可以计算出不同材料的平面应力与平面应变状态的临界厚度值T_C，再根据式计算出缺口系数随厚度的变化值，从而可以通过局部应力应变法计算得到不同厚度结构件在DFR应力水平下的疲劳寿命。

优选的，还包括边缺口拉伸试样，所述边缺口拉伸试样的规格设置为长度为300mm，宽度为90mm，半圆切口采用铰孔，半径为8mm，试样厚度设置为T。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)依据本发明绘制的不同厚度下常用金属材料结构N-T曲线，可以实现对不同厚度结构的疲劳寿命估算，无需开展不同厚度板的疲劳试验，经济效益显著。

(2)依据本发明绘制的不同厚度下常用金属材料结构N-T曲线，可以实现对不同厚度结构危险部位的危险程度依据寿命长短进行排序，从而在疲劳试验中确定危险部位的检查顺序，或在定期修理工作中确定危险部位的检查顺序，可以极大地提高工作效率。