[发明专利]一种当量初始缺陷尺寸测定与评估方法

说明书

本发明公开了一种当量初始缺陷尺寸测定与评估方法，该方案主要通过结构细节模拟试件在耐久性载荷谱下的成组疲劳试验，获取裂纹扩展过程中的(a,t)数据，得到裂纹扩展规律，反推得到当量初始缺陷尺寸即EIFS，然后对EIFS分布进行优化，从而实现结构原始疲劳质量的表征与评估，针对现有技术中存在的基于材料的疲劳性能表征引入结构细节的应力分布特征、加工工艺的影响，从而分析得到细节的当量初始缺陷尺寸的方法来说，本发明中的该评价方法所能得到的结果更为准确、可靠，对结构的耐久性分析具有重要意义。

技术领域

本发明涉及结构初始损伤评估技术领域，更具体的说是涉及一种当量初始缺陷尺寸测定与评估方法。

背景技术

结构原始疲劳质量(Initial Fatigue Quality，IFQ)是结构细节原始制造状态的表征，代表了细节的疲劳品质。确定IFQ的意义在于：合理地表示并确定结构细节群的IFQ是对结构进行耐久性分析、损伤度评估、经济寿命预测的基础和重要前提；在结构的几何因素确定后，按耐久性原则进行材料和加工工艺条件选择时，IFQ的量化比较是主要依据；此外，IFQ是检验和控制工艺质量的依据。

结构细节的IFQ通常可以用当量初始缺陷尺寸(Equivalent Initial Flaw Size，EIFS)表示。EIFS将细节原始制造状态的不同当量地认为是由于存在不同的初始缺陷的长度。理论上讲，EIFS分布与只与结构材料与制造/装配过程有关，而与设计变量(如载荷谱、应力水平、细节的传递载荷比和环境)无关，可以作为IFQ的定量描述。显然，EIFS对结构耐久性分析具有非常重要的意义。

因此，如何提供一种基于当量初始缺陷尺寸测定从而对原始疲劳质量进行评估的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种当量初始缺陷尺寸测定与评估方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种当量初始缺陷尺寸测定与评估方法，包括以下步骤：

S1.对模拟试件进行m种应力下的成组疲劳试验，对不同种应力下的有效断口进行断口判读并获得相对小裂纹尺寸范围内的(a,t)数据；其中，对于第i种应力水平下的所有L_i个有效断口给出的(a,t)数据组成第i个数据集，第i个数据集中的第k个有效断口有s对(a,t)数据，相对小裂纹尺寸范围一般取0.1-1.2mm；

S2.根据第i个数据集所记录的(a,t)数据计算各有效试件的裂纹扩展参数Q_ik，及第i种应力水平下的纹裂扩展参数Q_i；

S3.选择裂纹萌生时间TTCI的分布模型为对数正态模型，基于纹裂扩展参数Q_i确定第i种应力水平下的EIFS控制曲线，引入随机变量Z_i，求取Z_i的数学期望μ_zi和均方差σ_zi，建立指定参考裂纹尺寸a_r下的EIFS分布函数；

S4.对参数a_r、μ_z和σ_z进行优化，使试验所得的(a,t)数据构成的统计量Z_ik与统计量理论分布的偏差平方和SSE最小，得到优化后的通用EIFS分布函数。

优选的，基于式(1)描述相对小裂纹阶段的裂纹扩展：

da/dt＝Qa^b (1)

其中参数Q和b为与材料特性、载荷谱、结构细节类型相关的参数；

对式(1)两侧同时积分，b＝1时：