[发明专利]一种用于混合三通管道的高周疲劳寿命估算方法

权利要求书

1.一种用于混合三通管道的高周疲劳寿命估算方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

(1)首先根据下列公式计算三通管道内部流体的雷诺系数；

式中，R_e为流体的雷诺系数；ρ为流体的密度；ν为流体的流速；d为管道直径；μ为流体的运动粘度系数；

(2)利用步骤(1)所求结果，并根据下列公式计算三通管道的湍流强度；

式中，TI为三通管道的湍流强度；

(3)构建三通管道的有限元模型并进行网格划分；

(4)定义三通管道的耦合传热控制方程、湍流模型，并将入口温度、流速、压力、传热系数以及步骤(2)所求结果加载到有限元模型上进行流固耦合热分析，计算三通管道的内壁面温度；

(5)根据三通管道内壁界面的耦合温度以及管道的材料属性参数，计算三通管道在其应力集中区域的最大局部应力；

(6)根据所述应力集中区域的热应力状态以及三通管道的S-N曲线，计算三通管道应力集中区域的最小疲劳循环次数，由于在同一疲劳载荷循环特征下，应力越大，经历的循环次数越小，故此最小疲劳循环次数对应与其应力集中区域的最大局部应力；

(7)改变步骤(4)中的入口温度和入口流速，并重复步骤(5)与步骤(6)，采集三通管道在低周、高周疲劳载荷下，其应力集中区域的最大局部应力与对应的最小疲劳循环次数，即[(S₁，N₁)，(S₂，N₂)，...，(S_n，N_n)]；

(8)根据传统局部应力应变法建立三通管道的应变-寿命曲线：

式中，Δε为总应变；Δε_e为弹性应变；Δε_p为塑性应变；σ’_f为疲劳强度系数；E为弹性模量；N为疲劳循环次数；b为疲劳强度指数；ε’_f为疲劳延性系数；c为疲劳延性指数；

(9)用真实断裂强度σ_f与真实断裂延性系数ε_f来代替步骤(8)中的σ'_f与ε'_f，其中σ_f＝σ_b+350MPa，σ_b为三通管道材料的抗拉强度；并根据步骤(7)的有限元计算结果，在MATLAB平台上对步骤(8)公式中的b值与c值进行求解并做平均化处理，最终得到混合三通管道的低周、高周疲劳寿命计算公式：

式中，S为应力幅；b^*值为修正后的疲劳强度指数；c^*值为修正后的疲劳延性指数。