[发明专利]一种考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)针对激光冲击强化后的材料，获取其表面强化后的残余应力场、加工硬化场分布；

(2)将步骤(1)获取的激光冲击强化引起的残余应力场和加工硬化场引入到有限元模型中，通过有限元模拟疲劳载荷下应力应变分布和演化，且基于临界面法建立起SWT损伤参量；

(3)将残余应力、加工硬化考虑到SWT疲劳寿命预测准则中，该准则中考虑了激光冲击强化引起的残余应力、表面加工硬化对材料的疲劳寿命的影响；

(4)对于步骤(3)获得的修正的SWT疲劳寿命预测准则中的未知材料参数，拟合得到修正SWT疲劳寿命预测准则中的材料参数；

(5)利用得到的修正的SWT疲劳寿命预测准则对激光冲击强化后的材料疲劳寿命进行预测。

2.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，残余应力场、加工硬化场的通过对激光冲击强化材料进行试验获取。

3.根据权利要求2所述的考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述试验获取是通过X射线衍射法与电解抛光技术结合测量激光冲击强化材料随深度分布的残余应力场和通过EBSD表征分析获得激光冲击强化材料随深度分布的加工硬化场的具体数值。

4.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将激光冲击强化引起的残余应力场和加工硬化场通过相应的试验测量手段获取其具体数值，再通过USDFLD和HARDINI子程序分别将残余应力场和加工硬化场引入到ABAQUS的有限元模型中，通过有限元模拟获取模型各点的应力应变值，将所得各点应力应变代入到SWT损伤参量计算式中从而获得最大损伤参量位置即为裂纹萌生危险点位置，SWT损伤参量的计算公式如下：

式中，σ_n,max为垂直于临界面的最大法向应力，Δε_n为垂直于临界面的法向应变范围，同时σ_n,max、Δε_n的具体数值通过危险点的应力、应变转换得到，公式如下：

Δε_n＝ε_n,max-ε_n,min

式中，σ_n为法向应力，ε_n为法向应变，σ_xx、σ_zz分别为x、z方向的正应力，τ_xz、γ_xz为x面上的z方向的剪切应力、应变，θ为临界面法线方向与试样x轴方向夹角，其中XY平面为材料的激光冲击强化平面，Z方向为其深度方向。

5.根据权利要求1所述的考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，SWT疲劳寿命预测模型的初始形式如下：

式中，σ_max、ε_a分别为最大应力和总应变幅，N_f为疲劳寿命，b为疲劳强度指数，c为疲劳延性指数，σ′_f为疲劳强度系数，ε′_f为疲劳延性系数，E为弹性模量；

采用Walker指数对SWT疲劳寿命预测模型进行平均应力修正，改进的SWT模型如下：

式中，γ为Walker指数；

再将步骤(2)中确定的SWT损伤参量代入到改进的SWT疲劳寿命预测模型中，即将残余应力场、加工硬化场的影响引入到修正的SWT疲劳寿命预测模型中，具体如下：

6.根据权利要求5所述的考虑激光冲击强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将γ设置为屈服强度σ_0.2和抗拉强度σ_b的函数，具体形式如下：

其中，屈服强度和抗拉强度均由未强化件单轴拉伸数据所得，式中的加减号含义为：当材料对平均应力敏感度较高时使用加号，反之使用减号。