[发明专利]一种基于最大循环应力的构件疲劳寿命预测方法

说明书

本发明提供了一种基于最大循环应力的构件疲劳寿命预测方法，利用下列公式实现对待测构件的疲劳寿命预测：式中，N_f为疲劳寿命；σ_max为最大循环应力；D_c为疲劳失效时的临界损伤变量；D₀为疲劳初始时刻的循环损伤变量；D为损伤变量。本发明考虑了对称三角波加载和正的循环屈服应变对最大循环应力的影响，并在此基础上建立了疲劳寿命预测模型，利用此模型能更加准确和方便的预测高温低周疲劳寿命，进而为后续材料的开发和寿命评估提供更优的理论基础。

技术领域

本发明涉及构件疲劳寿命预测技术领域，特别涉及一种基于最大循环应力的构件疲劳寿命预测方法。

背景技术

在许多航空和燃气轮机工程部件的选择、设计和安全评估中，高温低周疲劳(HLF)性能相当重要。在这种情况下，疲劳失效时的循环次数一般不超过10000次。为了准确评估这些关键部件的寿命，需要建立高温低周疲劳的寿命预测模型。

疲劳寿命和疲劳损伤机理密不可分。高温低周疲劳中与时间无关的塑性应变、时间依赖的蠕变、环境的氧化、腐蚀以及它们之间的复杂相互作用共同导致了疲劳损伤。到目前为止，基于疲劳损伤机理，本领域建立了很多种高温低周疲劳寿命预测模型，例如应变变程划分(SRP)、频率划分(FS)、频率修正损伤参数(FMDF)、损伤速率(DR)、应变能划分(SEP)、时间修正能量(TME)等模型。这些疲劳寿命预测模型都是基于塑性应变幅值，循环损伤和塑性应变能密度等。而对于循环硬化材料来说，在循环塑性变形的过程中，循环应力会随着循环次数的增加而加大，所以，最大循环应力能够反映材料循环硬化的程度，是决定疲劳损伤的重要因素。

目前通过最大循环应力来预测疲劳寿命主要采用有限元分析的方法。但疲劳寿命受到循环加载的控制，不同的加载方式(例如正斜波，对称三角波加载等)、加载的频率和加载的应变幅值均会导致不同的疲劳寿命，而采用有限元分析的方法，结果偏差较大。如果能考虑对称三角波加载和正的循环屈服应变对最大循环应力的影响，然后进行疲劳寿命预测，则可以更加准确和方便的预测高温低周疲劳寿命，从而为材料的开发和寿命评估提供理论基础。但对称三角波加载和正的循环屈服应变对疲劳损伤的影响目前还没有被研究，在此基础上建立疲劳寿命预测模型的方法也没有被提出。

发明内容

本发明提供了一种基于最大循环应力的构件疲劳寿命预测方法，考虑了正的循环屈服应变和对称三角波加载时，通过最大循环应力来预测疲劳寿命，克服结果偏差较大的缺陷，并提高疲劳寿命预测的便利性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于最大循环应力的构件疲劳寿命预测方法，利用下列公式实现对待测构件的疲劳寿命预测：

式中，N_f为疲劳寿命；σ_max为最大循环应力；D_c为疲劳失效时的临界损伤变量；D₀为疲劳初始时刻的循环损伤变量；D为损伤变量；c为疲劳损伤基类系数，无量纲；β′为寿命因子，无量纲；γ为曲线印子，无量纲；σ_fY为名义疲劳极限。

进一步地，σ_fY由如下公式计算得到：

ε_ef(t)＝ε(t)-ε_Ycyc

式中，σ_Ycyc为循环屈服应力，MPa；σ(t)为流动应力；ε(t)为应用应变，t为循环时间；为应变率，s^-1，在对称三角波加载时，ε(t)和t的关系为：ε_ef(t)为循环塑性应变；ε_Ycyc为正的循环屈服应变；h和n表示循环硬化的系数，无量纲，其值取决于构件材料属性。