[发明专利]一种基于不同约束条件下的金属构件热机械疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于不同约束条件下的金属构件热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)分析服役构件的实际服役工况，建立构件服役载荷谱，载荷谱中包括温度T、机械应变Δε_m、热应变Δε_th和约束系数η随时间变化关系图；所述约束系数η＝Δε_m/Δε_th；

(2)确定构件进行热机械疲劳的疲劳载荷范围，包括服役温度范围、机械应变范围、热应变范围以及约束系数，其中疲劳载荷具备的特征为：机械载荷随时间周期性变化，温度随时间周期性变化，同时约束系数保持恒定；

(3)根据步骤(2)确定的疲劳载荷范围，选择在相应的温度范围和约束条件下进行热机械疲劳加速试验，获得不同约束系数η时的循环塑性应变Δε_p、应力范围Δσ、每个周次滞回能W_i和循环周次N_f；每个周次滞回能W_i是指每个周次滞回环面积；根据每个周次滞回能W_i计算稳定状态滞回能W_s；

(4)通过分析不同约束条件下的稳定状态滞回能数据，建立稳定状态滞回能W_s和约束系数η之间的演化关系，并获得相应的材料参数A、B和γ；

(5)根据能量累积损伤模型，确立稳定状态滞回能W_s与疲劳寿命N_f的关系方程，并获得材料参数W₀和β的数值；

(6)建立热机械疲劳寿命预测方程，把步骤(4)-(5)中获得的参数值带入热机械疲劳寿命预测方程中，然后根据热机械疲劳寿命预测方程计算不同约束条件下的热机疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(1)中，热机械疲劳实验机械应变范围及温度范围需根据实际工况条件选取，且机械载荷变化周期与温度载荷变化周期相同，热应变是由于温度变化引起，同时约束系数保持恒定。

3.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(2)中，热机械疲劳实验温度和应变需选择热机械疲劳工况对应的最容易失效状态。

4.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(2)中根据实际服役工况，选择不同的约束条件下进行加速热机械疲劳试验。

5.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(3)中，每个周次滞回能W_i(单周滞回能)通过公式(1)计算，或者通过Origin等软件直接获取；

W_i＝∫σdε (1)。

6.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(4)中，稳定状态滞回能W_s和约束系数η之间的演化关系公式(2)如下：

W_s＝f(η)＝Aexp(γη^-2)+B (2)。

7.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(5)中，稳定状态滞回能W_s与疲劳寿命N_f的关系方程如公式(3)；

公式(3)中，W_s为稳定状态滞回能，试验中选取中值寿命对应的滞回能W_i。

8.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(6)中，在能量累计损伤模型的基础上，考虑约束系数对滞回能的影响，建立的热机械疲劳寿命预测方程如公式(4)；

9.根据权利要求1所述的金属构件基于不同约束条件下的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(6)中，根据加速约束热机械疲劳试验数据求得相应参数，至少需要2个不同约束条件下的热机疲劳数据，基于公式(4)可以获得构件的服役参考时间。