[发明专利]一种基于权平均最大剪切应变幅平面的多轴疲劳寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种基于权平均最大剪切应变幅平面的多轴疲劳寿命预测方法，涉及多轴疲劳强度理论领域，将多轴变幅载荷历程通过von Mises等效应变公式合成等效应变历程，对von Mises等效应变历程进行Wang‑Brown循环计数；利用提出的权平均最大剪切应变幅平面来确定多轴变幅载荷下的临界面；计算计数得到的每个半循环中临界面上的疲劳损伤参量；采用Wang和Brown的损伤模型或Fatemi和Socie的损伤模型进行损伤计算；采用Miner线性累积定律对每个半循环中计算的损伤进行累积，最后计算疲劳寿命。通过4种材料来验证提出的寿命预测方法，结果表明提出的方法可以较好的预测多轴变幅载荷下的失效平面和疲劳寿命。

主权项

一种基于权平均最大剪切应变幅平面的多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤为，步骤1)：将多轴变幅载荷历程通过vonMises等效应变公式合成等效应变历程，vonMises等效应变εeq计算如下：ϵeq=12(1+νeff)(ϵx-ϵy)2+(ϵy-ϵz)2+(ϵz-ϵx)2+32(γxy2+γyz2+γxz2)]]>其中，εx,εy,εz,γxy,γyz,γxz为多轴变幅载荷历程中任意时刻点的x、y、z、xy、yz、xz向的应变分量，νeff为有效泊松比，对vonMises等效应变历程进行Wang‑Brown循环计数；步骤2)：利用提出的权平均最大剪切应变幅平面来确定多轴变幅载荷下的临界面，提出的临界面的位相角和通过下述公式确定：φ‾=1Σk=1mw(k)Σk=1mφcr(k)w(k)]]>θ‾=1Σk=1mw(k)Σk=1mθcr(k)w(k)]]>其中，m为Wang‑Brown计数求得的半循环数，角度φcr(k)和θcr(k)表示在第k个半循环中具有最大法向应变幅的最大剪应变幅平面的位向，w(k)为角度φcr(k)和θcr(k)的权值，并与该面上最大剪应变幅相关，权值w(k)的计算公式为：w(k)=Δγmax(k)Δγmax*]]>其中，为第k个半循环中最大剪应变幅平面上的剪应变幅值，为所有半循环中的最大值；步骤3)：计算每个半循环中临界面上的疲劳损伤参量；3.1)确定临界面上的最大剪切应变范围Δγmax；Δγmax=maxtstart≤t1≤tendt1<t2≤tend{2[ϵx′y′(t1)-ϵx′y′(t2)]2+[ϵx′z′(t1)-ϵx′z′(t2)]2}]]>其中，εx′y′和εx′z′表示临界面上的剪切应变分量，t1表示计数得到的半循环中最大剪切应变折返点对应的第一时刻点，t2表示计数得到的半循环中最大剪切应变折返点对应的第二时刻点，t1≤t2；tstart和tend表示计数得到的一个半循环的起始点和终止点；3.2)确定临界面上的最大剪切应变折返点之间的法向应变范围ϵn*=maxt1≤t≤t2ϵx′(t)-mint1≤t≤t2ϵx′(t)]]>其中，εx′为临界面上的法向正应变；3.3)确定临界面上的最大正应力σn,max；σx′(t)=[cosθ‾sinφ‾sinθ‾sinφ‾cosφ‾]σx(t)τxy(t)τxz(t)τxy(t)σy(t)τyz(t)τxy(t)τyz(t)σz(t)cosθ‾sinφ‾sinθ‾sinφ‾cosφ‾]]>σn,max=maxtstart≤t≤tendσx′(t)]]>其中，σx,σy,σz,τxy,τyz,τxz为多轴变幅载荷历程中任意时刻点t的x、y、z、xy、yz、xz向应力分量，σx′(t)为多轴变幅载荷下临界面上的法向正应力历程；步骤4)：采用Wang和Brown的损伤模型或Fatemi和Socie的损伤模型进行损伤计算；Wang和Brown的损伤模型如下式：Δγmax2+Sϵn*=[1+νe+(1-νe)S]·σf′E(2Nf)b+[1.5+0.5S]·ϵf′(2Nf)c]]>其中，为最大剪切应变范围平面上剪切应变折返点之间的法向应变变程；νe为弹性泊松比；E为弹性模量；Nf为疲劳寿命；σ′f为轴向疲劳强度系数；ε′f为轴向疲劳塑性系数；b为轴向疲劳强度指数；c为轴向疲劳塑性指数；S为材料常数1，材料常数1通过单轴和纯扭疲劳试验确定；Fatemi和Socie的损伤模型如下式：Δγmax2(1+wσn,maxσy)=τf′G(2Nf)bo+γf′(2Nf)co]]>其中，σy为屈服应力；G为剪切模量；τ′f为扭向疲劳强度系数；γ′f为扭向疲劳塑性系数；b0为扭向疲劳强度指数；c0为扭向疲劳塑性指数；w为材料常数2，材料常数2通过单轴和扭转疲劳数据拟合得到；步骤5)：采用Miner线性累积定律对每个半循环中计算的损伤进行累积：D=Σk=1m12Nfk]]>其中，Nfk为第k个半循环中求得的疲劳寿命，D为整个多轴变幅载荷历程的疲劳；计算求出整个多轴变幅载荷历程的疲劳寿命Npre；Npre=1D.]]>