[发明专利]一种基于线性损伤累积的变幅多轴热机械疲劳寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种基于线性损伤累积的变幅多轴热机械疲劳寿命预测方法，该方法通过多轴热机计数将实际遇到的复杂载荷谱计数，根据计数结果对每个反复上的热机损伤进行单独计算，分别求出各个反复的热机损伤，并利用线性损伤累积准则将各部分损伤叠加得到材料热机疲劳损伤，进而进行寿命预测。该方法使用方便，不包含任何经验常数，适用范围广，不受加载条件等限制。通过验证，采用该方法进行变幅多轴热机械疲劳寿命估算取得较好的预测效果。

主权项

1.一种基于线性损伤累积的变幅多轴热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下，步骤1)：对变幅多轴热机载荷谱进行多轴热机计数；步骤2)：热机计数出多个反复，将每个反复上的热机械疲劳损伤划分为纯机械疲劳损伤蠕变损伤以及蠕变‑疲劳交互作用损伤步骤3)：根据多轴热机计数的结果对每个反复上的热机损伤进行单独计算；步骤4)：对于一个反复，找到具有最大法向应变幅Δγ_max/2的最大剪切应变平面作为纯机械疲劳损伤临界面，并确定临界面上两个最大剪切应变幅折返点之间的法向应变幅度值步骤5)：确定材料在室温所对应的单轴疲劳参数或者材料不产生蠕变时的某一温度所对应的单轴等温疲劳参数；步骤6)：应用拉伸型统一多轴疲劳损伤模型计算得到一个反复上的纯疲劳损伤；拉伸型统一多轴疲劳损伤模型公式为：其中，σ′_f、ε′_f、b、c为不产生蠕变时的材料疲劳常数，E为该温度下弹性模量；步骤7)：将一个反复上的轴向应力‑时间历程和温度‑时间历程分割成适当的份数，取每个区间上的最大温度和最大机械载荷作为该区间的最终载荷；当轴向应力为正时，取米赛斯等效应力值作为蠕变持久应力方程的应力值，当轴向应力为负时，取等效应力值为0；区间i上蠕变计算等效应力参量σ_eqi如下式：其中，σ_maxi、τ_maxi为区间i上的最大轴向应力和剪切应力；步骤8)：结合蠕变持久方程计算得到各载荷下对应的蠕变持久时间，进而得到各区间上蠕变损伤Δt_i/t_ci，累加得到一个反复上的蠕变损伤∑Δt_i/t_ci；步骤9)：确定一个反复上高温部分即大于500℃的最低温和最高温，取高温部分的最低温和最高温的平均值作为这个反复的等效温度；步骤10)：用高温单轴疲劳数据拟合得到特定温度所对应的蠕变‑疲劳交互作用系数B_T，再用拟合得到的多个温度所对应的蠕变‑疲劳交互作用系数拟合得到任意温度的蠕变‑疲劳交互作用系数B_Ti；用来拟合特定温度下的蠕变‑疲劳交互作用系数B_T的方程为：用来拟合任意温度T下的蠕变‑疲劳交互作用系数B_Ti的方程为：步骤11)：利用蠕变‑疲劳交互作用系数，结合纯机械疲劳损伤和蠕变‑疲劳损伤，计算得到蠕变‑疲劳一个反复的交互作用损伤；第i个反复上的损伤为：步骤12)：通过累加纯机械疲劳损伤、蠕变损伤以及蠕变‑疲劳交互作用损伤，得到每个反复的热机械疲劳损伤；最后根据线性损伤累积法则累加得到一个载荷谱的热机疲劳损伤，进而得到热机疲劳寿命，其计算公式为：