[发明专利]一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法，该方法基于传统的疲劳累计损伤理论，引入相关函数对变幅加载过程中结构的损伤进行等效转化，在此基础上进行疲劳寿命预测。该方法考虑了加载顺序和材料微结构对疲劳寿命的影响，提高了疲劳寿命的预测精度，降低了试验成本。

技术领域

本发明是关于机械结构疲劳寿命预测方法，更具体地说是涉及一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法。

背景技术

机械结构在服役过程中发生失效会造成经济损失甚至人身伤害，众多失效模式中疲劳失效是最主要的一种。因此明确机械结构的疲劳性能，准确预测其疲劳寿命，在机械设计过程中尤为重要。

疲劳寿命预测模型中最常用的是名义应力-寿命(S-N)模型，后来为了解决机械结构承受变幅加载时的疲劳寿命预测问题又提出了累计损伤理论，经过几十年的发展，人们提出了各种不同的寿命预测模型，但这些模型都存在一些问题：(1)需要进行大量的试验来确定特定的材料参数；(2)没有考虑材料内部微结构对于疲劳寿命的影响。

因此，如何提供一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法，使其能够克服上述问题。是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种关于机械结构变幅疲劳寿命预测方法，具体试验步骤如下：

步骤1：测定材料横幅加载条件下的疲劳S-N曲线

基于材料标准疲劳试验方法，经试验测得机械结构所用材料在横幅加载条件下的常规疲劳S-N曲线，将试验数据点绘制在logσ-logN坐标平面内，并进行线性拟合，得到材料横幅加载条件下的S-N曲线方程为：

logσ_a＝mlogN_f+n (1)

式中，σ_a为疲劳试验中的加载应力幅值，N_f为对应的疲劳寿命，m、n均为拟合参数，

步骤2：测定横幅试验疲劳断口的微结构尺寸

测定疲劳断口裂纹源区的面积，记为area_inc，取该面积的算术平方根作为其特征尺寸，

测定疲劳断口鱼眼区的面积，记为area_fe，取该面积的算术平方根作为其特征尺寸，

步骤3：用剩余寿命系数计算疲劳损伤

传统累计损伤理论认为疲劳破坏是一个损伤不断累积的过程，通常认为疲劳损伤D与加载应力σ、加载循环数n、循环数增量dn以及某些材料的固有参数p相关，因此，损伤增量dD能够视作这几个参数的函数：

dD＝f(D,σ,n,dn；p) (2)

如果相对损伤增量dD/D与相对加载循环数增量dn/n线性相关，则：

式中f(σ；p)为一个与疲劳加载过程及材料属性相关的函数，

在实际应用过程中，更关心材料的剩余寿命而不是材料的损伤量，为此，定义一个剩余寿命系数α：

α＝N_R/N_f (4)

式中，N_R表示材料的剩余疲劳寿命，N_f通过材料的S-N曲线确定，引入了剩余寿命系数α后疲劳损伤能够表示为：