[发明专利]一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法

摘要

一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法，该方法的步骤为：读取多轴载荷谱数据块内应力应变历程，求等效应变，进行载荷历程整理；采用相对等效应变多轴计数方法提取反复；采用统一的多轴疲劳损伤寿命预测模型求每个反复的疲劳损伤；疲劳损伤累计，求总疲劳损伤；利用原载荷历程求等效蠕变应力；结合蠕变持久方程，根据等效蠕变应力和应力历程求蠕变损伤Dc；求高温下该多轴载荷谱块造成总损伤D；估算多轴蠕变-疲劳寿命。该方法对多轴应力下疲劳损伤和多轴应力下的蠕变损伤在整个载荷谱数据块内分别计算，疲劳损伤计算采用常温下的疲劳材料常数，蠕变损伤计算采用规范推荐的持久方程材料常数，通过试验验证取得较好的预测效果。

主权项

一种高温多轴谱载下低周蠕变‑疲劳寿命评估方法，其特征在于：步骤如下，步骤1）：读取多轴谱载数据块内应力应变历程数据，利用Mises准则求出各点的等效应变ε_eq，将载荷谱从最大等效应变处断开，并将该点前载荷历程数据移至载荷历程最后，得到新的载荷历程；Mises等效应变为${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{eq}}=\frac{\sqrt{2}}{3}\sqrt{{({\mathrm{\&epsiv;}}_x-{\mathrm{\&epsiv;}}_y)}^2+{({\mathrm{\&epsiv;}}_y-{\mathrm{\&epsiv;}}_z)}^2+{({\mathrm{\&epsiv;}}_z-{\mathrm{\&epsiv;}}_x)}^2+\frac{3}{2}({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{xy}}^2+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{yz}}^2+{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{zx}}^2)}$其中ε_x,ε_y,ε_z分别为x、y、z方向正应力γ_xy,γ_yz,γ_zx分别为xy、yz、zx平面上的剪应力，ε_x,ε_y,ε_z和γ_xy,γ_yz,γ_zx从多轴谱载数据块内读取，ε_eq为Mises等效应力；步骤2）：利用相对应变多轴计数方法，对载荷历程进行计数，计出载荷历程中所有反复；步骤3）：依据统一的多轴疲劳寿命预测模型，对每个反复计算其造成的疲劳损伤；统一的多轴疲劳寿命预测模型为：$\frac{{\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}}_{\mathrm{eq}}^{\mathrm{cr}}}{2}={[{\mathrm{\&epsiv;}}_n^{*2}+\frac{1}{3}{({\mathrm{\&Delta;\&gamma;}}_{\max }/2)}^2]}^{1/2}$$\frac{{\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}}_{\mathrm{eq}}^{\mathrm{cr}}}{2}=\frac{{\mathrm{\&sigma;}\text{'}}_f}{E}{\left({2N}_f\right)}^b+{\mathrm{\&epsiv;}\text{'}}_f{\left({2N}_f\right)}^c$求出损伤${\stackrel{\&CenterDot;}{D}}_f=1/N_f$其中Δγ_max为该反复内最大剪应变范围平面上的最大剪应变范围，为Δγ_max所在面上该反复内正应变幅度，为多轴载荷下的等效应变幅，依据历程数据得出，σ'_f为疲劳强度系数，E为弹性模量，b为疲劳强度指数，ε'_f为疲劳塑性系数，c为疲劳塑性指数，σ'_f、E、b、c、ε'_f为材料基础参数，可以从材料手册获取，N_f为材料经历该反复历程的寿命，为材料经历该反复造成的损伤；步骤4）：累加每个反复造成疲劳损伤，求出总疲劳损伤Df；$D_f=\mathrm{\&Sigma;}{\stackrel{\&CenterDot;}{D}}_f$其中D_f为经历一个载荷谱块对材料造成的损伤,为每个反复对材料造成的损伤；步骤5）：利用原载荷历程数据和求出的各点等效应力，以以该点和相邻下一点的平均等效应力的一半作为蠕变应力σ；$\mathrm{\&sigma;}=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{eq}}{|}_{n=n0}+{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{eq}}{|}_{n=n0+1}}{4}$其中${\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{eq}}=\frac{1}{\sqrt{2}}\sqrt{{(\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_x>-\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_y>)}^2+{(\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_y>-\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_z>)}^2+{(\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_z>-\&lt;{\mathrm{\&sigma;}}_x>)}^2+6({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{xy}}^2+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{yz}}^2+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{zx}}^2)}$其中<>为MacCauley符号，表示当括号内数大于等于零，取原数值，小于零取0；σ_x,σ_y,σ_z分别为x，y，z方向的正应力；τ_xy,τ_yz,τ_zx分别为xy，yz，zx平面上的剪应力，σ_x,σ_y,σ_z,τ_xy,τ_yz,τ_zx从载荷历程块内获取；σ_eq为等效应力；步骤6）：以相邻两数据点的时间间隔为该点蠕变时间t'，根据蠕变持久方程计算所有各点的蠕变损伤，并累加求蠕变损伤Dc；持久方程lgt＝b₁+b₂T+b₃x/T+b₄x²/T+b₅x³/T其中t为在该温度该应力作用下材料可以经受的持续时间，中间变量T的计算方法为T＝(9θ/5+32)+460，中间变量x＝lgσ，σ为步骤5）求出的蠕变应力,b1、b2、b3、b4、b5为材料常数，从材料手册获取，θ为温度，由此可以计算该点蠕变损伤其中t'为从该点到相邻点的时间间隔，为该应力下该持续时间造成的蠕变损伤整个载荷块损伤为D_c为一个载荷块作用下造成的总蠕变损伤；步骤7）：将步骤4）得到的疲劳损伤D_f和步骤6）得到的蠕变损伤D_c相加，求出该载荷块施加一次造成的总损伤D；D=D_c+D_fD即为高温条件下一个多轴载荷谱块作用的总蠕变‑疲劳损伤；步骤8）：估算蠕变‑疲劳寿命；N＝1/DN为蠕变‑疲劳寿命，即在该载荷块重复作用下直至材料破坏所可以经历的块数。