[发明专利]一种基于有限元法的应力-循环次数（S-N）的疲劳失效算法

摘要

本发明公开了一种采用有限单元算法用于计算结构疲劳失效中标准应力‑循环次数（Stress‑Number，简称S‑N）的统计和评估软件程序方法。通过该方法的统计和计算，可以评估出各种结构在循环载荷作用下的使用寿命和残余寿命，这对材料结构在各种实际应用的工况寿命预测，防止零件结构失效导致的危险状况的预警都具有十分重要的意义。本方法采用的步骤整体框架按照前后顺序排列，主要包括：获取应力张量历程→从应力张量中提取复合应力参数→雨流计数将应力历程结合来获取一系列雨流循环→从定义的S‑N曲线中计算和估计损伤，四个步骤。

主权项

1.一种基于有限元法的保准应力‑循环次数（S‑N）的疲劳失效算法，其特征在于，所述方法包括（如图1所示）：典型的SN分析具有以下步骤，对每个分析实体都可以执行（节点、单元、单元节点）,壳表面和临界面将被提取;（1）应力张量历程，将从载荷生成器重提供的信息被装配作为时间或数据点的函数，它应用于时间序列，时间步，恒定幅值和混合载荷，振动和循环载荷（包括航空谱）生成器工作稍微有所不同，将在后续进行说明;（2）从应力张量中提取复合应力参数（主应力、带符号的米塞斯、带符号的剪应力或临界面）;（3）雨流计数将应力历程结合来获取一系列雨流循环，每一个循环都有一个已知范围和平均值;（4）从定义的S‑N曲线中计算和估计损伤;这里需要采用应力修正手段，当采用应力梯度修正，这个过程进行了稍微的修改，如图2所示：这里的载荷生成器也提供了计算一个标准化的米塞斯应力梯度的标准化信息，并且这些信息用于修改考虑到应力梯度效果的应力张量历程的修改，这些应力张量历程接着将按照前面所述内容来运行;当需要运行一个多轴评估，具体包括：简单双轴，标准多轴，以及自动模式（具体历程分为两种情况，分别为简单双轴、或多轴，以及自动多轴模式）（图3，图4），多轴评估时基于应力梯度修正后的应力张量评估，但是这种评估不会影响到预测寿命和损伤;自动模式提供了一个双通道的方法，在第一个通道，计算式通过最大主应力的绝对值计算，并且同时运行了一个标准的多轴评估，基于多轴评估的结果，第二个通道计算将会采用不同组合应力选项进行运算（例如，临界面），同时第二个计算通道运行后，其结果将会覆盖第一个通道运算结果。