[发明专利]一种基于功率谱密度的多轴疲劳裂纹萌生方向预测方法

摘要

本发明公开了一种基于功率谱密度的多轴疲劳裂纹萌生方向预测方法，包括：根据材料的多轴疲劳加载历程，计算金属材料在不同材料方向上的剪应变随时间变化历程；依据剪应变时间历程，计算其相应的功率谱密度；此处的功率谱密度是随时间变化的复数，对功率谱密度求模；比较不同方向上的剪应变功率谱密度模值，将剪应变功率谱密度模值最大的方向定义为疲劳裂纹萌生方向。本发明通过分析金属材料在多轴常幅或者多轴变幅疲劳载荷下不同材料方向上的剪应变的功率谱密度，从而确定金属材料的裂纹萌生方向。

主权项

1.一种基于功率谱密度的多轴疲劳裂纹萌生方向预测方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)根据金属材料的多轴疲劳加载历程，计算金属材料在不同方向上的剪应变随时间变化历程；(2)依据剪应变时间变化历程，计算其相应的功率谱密度；(3)得到的剪应变功率谱密度是随时间变化的复数，对功率谱密度求模；(4)比较不同方向上的剪应变功率谱密度模值，将剪应变功率谱密度模值最大的方向定义为疲劳裂纹萌生方向；上述步骤(2)进一步包括：计算不同方向上的剪应变时间历程相应的功率谱密度，此处，剪应变的功率谱密度是随着时间变化的复数；采用自相关法计算功率谱密度，先计算剪应变的自相关函数，再经傅里叶变换得到功率谱密度；剪应变时间历程的自相关函数描述了剪应变在任意不同时间的取值之间的相关程度；若剪应变时间历程为具有各态历经性的平稳过程，则其剪应变时间历程的自相关函数为：其中，τ为时间间隔，T为剪应变历程总时间；假定剪应变历程γq(t)为离散序列，t＝0，1，2，…，N‑1，则上式变为：其中，τ取值为1‑N，2‑N，…，0，…，N‑1；功率谱密度表示了载荷功率随着频率的变化情况，对上式中的自相关函数进行傅里叶变换，得到不同方向上的剪应变时间历程相应的功率谱密度，如下：其中，e是自然对数的底，j是虚数单位，有j²＝‑1，由欧拉公式展开得e^‑j2πfτ＝cos(2πfτ)‑jsin(2πfτ)，f＝k/N为频率，k＝0，1，2，…，N‑1，S_R(f)和S_I(f)分别为的实部和虚部，对求模得到剪应变功率谱密度模值为：