[发明专利]一种多轴随机载荷疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种多轴随机载荷疲劳寿命预测方法，其特征是：针对构件所受各随机载荷，通过有限元方法获得结构危险点位置并提取关键载荷，对关键载荷进行分级；基于主导载荷，构建与关键载荷对应的组合载荷谱块；基于线性损伤累积原则，以多轴常幅载荷疲劳寿命估算方法预测多轴随机载荷下的疲劳寿命；

所述多轴随机载荷疲劳寿命预测方法按如下步骤进行：

步骤1：针对构件所受各随机载荷，按如下方法获取构件结构危险点及关键载荷，并对关键载荷进行分级；

1.1.建立构件有限元模型，在有限元分析软件中，对所述构件有限元模型同时施加各随机载荷，取构件有限元模型中Von-Mises等效应力最大的点为结构危险点；在静力学分析环境下，将各随机载荷取不同数值单独施加在所述构件有限元模型上，获得构件结构危险点的Von-Mises等效应力随各随机载荷的变化关系；将其中对构件结构危险点的Von-Mises等效应力影响最大的随机载荷定义为第一关键载荷，次之为第二关键载荷；

1.2.以第一关键载荷的载荷数据的最小值N为下边界，最大值M为上边界，定义差值A为：A＝M-N,将第一关键载荷的数值大小划分为八级，分别是：[N,N+0.125A)、[N+0.125A,N+0.275A)、[N+0.275A,N+0.425A)、[N+0.425A,N+0.575A)、[N+0.575A,N+0.725A)、[N+0.725A,N+0.850A)、[N+0.850A,N+0.950A)、[N+0.950A,M]；统计第一关键载荷的载荷数据在每一级中的载荷点数，分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和M8，以及每级中的载荷点数占第一关键载荷的总载荷点数的比例；

1.3.按照与步骤1.2同样的方式将第二关键载荷的数值大小划分为八级，并获得第二关键载荷的载荷数据在每一级中的载荷点数，以及每一级中的载荷点数占第二关键载荷的总载荷点数的比例；

步骤2：按如下方式获得关键载荷的各组合载荷谱块：

2.1.根据步骤1.2第一关键载荷分级情况，定义F_i为第一关键载荷第i级特征值，其数值大小为第一关键载荷第i级上边界值；为第一关键载荷第i级载荷点数占第一关键载荷总载荷点数的比例；根据步骤1.3第二关键载荷分级情况，定义f_j为第二关键载荷第j级特征值，其数值大小为第二关键载荷第j级上边界值；为第二关键载荷第j级载荷点数占第二关键载荷总载荷点数的比例；定义载荷组合(F_i,f_j)的发生概率P_ij如式(1)所示，其中i,j∈[1,2,3,4,5,6,；

2.2.将所述第一关键载荷作为主导载荷，取第一关键载荷为F₁，在有限元分析软件静力学分析环境下，对构件有限元模型分别施加载荷组合(F₁,f₁)；(F₁,f₂)；...(F₁,f₈)，记录各载荷组合下结构危险点位置；提取所述各载荷组合下结构危险点位置中与步骤1.1中所得结构危险点位置一致且发生概率P_1j最大的载荷组合(F₁,f_max1)，其中max1∈[1,2,3,4,5,6,7,8]，作为第一关键载荷为F₁时的特征载荷组合；

2.3.基于特征载荷组合(F₁,f_max1)，以正弦曲线的形式近似构建第一组合载荷谱块，循环次数为M1，单个循环如式(2)所示：

其中，F是第一组合载荷谱块中第一关键载荷单个循环；f是第一组合载荷谱块中第二关键载荷单个循环；ω＝2πf,f为载荷数据采样频率；

2.4.取第一关键载荷为F₂，重复2.2获得载荷组合(F₂,f_max2)，并重复2.3构建第二组合载荷谱块；

2.5.同理获得载荷组合(F₃,f_max3)；(F₄,f_max4)；(F₅,f_max5)；(F₆,f_max6)；(F₇,f_max7)；(F₈,f_max8)，及其所对应的组合载荷谱块；

步骤3：按以下方式获得构件在随机载荷下的多轴疲劳预测寿命：

3.1.在有限元分析软件中，将步骤2.3-2.5中所述8段组合载荷谱块分别施加在构件有限元模型上，在静力学分析环境下，提取步骤1.1中结构危险点在各组合载荷谱块下的应力应变历程；

3.2.基于临界平面法，结合多轴常幅载荷疲劳寿命预测模型，获得各组合载荷谱块下单个循环结构危险点的疲劳寿命N_f(I)，则第I个组合载荷谱块下的疲劳损伤d(I)如式(3)所示，其中I∈[1,2,3,4,5,6,7,8]；

3.3.基于线性损伤累积原则，则构件结构危险点总损伤D为：构件多轴随机载荷疲劳预测寿命即构件在服役了随机载荷N_f次后会出现疲劳失效。