The invention provides a modeling method based on the nonlinear fatigue cumulative damage mechanism. The following steps are as follows: the fatigue degradation model under constant amplitude loading; two: impact load model; three: hysteresis effect model under impact overload conditions; four: Based on the piecewise deterministic Markov process (PDMP) hysteresis Through the above steps, the invention simulates the actual use of the environment and takes into account the accidental impact process caused by occasional cases, which is true. In practical engineering applications, there will be a new understanding and understanding of crack growth and practical significance in the practical engineering application; the invention applies a scientific method to fatigue. Combined with the process of degradation and random impact, a clear mathematical expression is given to calculate the reliability of the sample. It is not only of academic value, but also provides a way to solve the problem in engineering. It has the value of popularization and application.
【技术实现步骤摘要】
基于非线性疲劳累积损伤机理退化-冲击模型的建模方法
本专利技术提供一种基于非线性疲劳累积损伤机理退化-冲击模型的建模方法,它涉及一种随机退化过程和一种随机冲击过程共同作用时的疲劳累积损伤计算方法,它是一种非线性疲劳损伤叠加模型,针对冲击过大时对退化过程造成迟滞和退化过程同时会影响冲击损伤大小的问题,提出了退化和冲击相互作用的非线性疲劳损伤建模方法。这属于可靠性
中的可靠性建模问题。
技术介绍
机身是飞机最重要的部件之一,通常采用损伤容限的概念设计。在服役过程中,机身通常受到由气流引起的疲劳载荷和由湍流引起的偶发冲击而产生裂纹。这种现实载荷条件可以被转化为疲劳加载序列和一些尖峰过载组合的科学问题。研究人员通常用疲劳退化过程和随机冲击过程来模拟这种实际的物理过程。针对这样的现实问题,在国内外已有的研究中,出现了这样的两类方向:1.将疲劳退化过程和随机冲击过程看成是两个相互独立的过程,并非考虑了两者相关。2.一些研究者在某种程度上考虑了退化和冲击两个过程之间的相关性,但主要是针对冲击过大造成系统直接崩溃和冲击不大造成损伤增量进行建模研究。并非考虑了冲击和退化二者之间的相互作用。因此,考虑随机退化过程和随机冲击过程的相互作用,并提出能够计算该种相互作用的建模方法,是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于疲劳损伤机理随机退化和随机冲击模型的建模方法,它用以解决受到退化和冲击作用时的裂纹扩展问题,考虑冲击载荷过载时造成退化过程迟滞和退化过程影响冲击损伤大小,建立非线性疲劳损伤模型,建立起两者之间的相互作用模型,以解决裂纹扩展整个过程的算法问 ...
【技术保护点】
1.基于非线性疲劳累积损伤机理退化‑冲击模型的建模方法,其特征在于:其步骤如下:步骤一:恒幅载荷下的疲劳退化模型在疲劳损伤阶段,采用巴黎即Paris模型描述恒幅载荷下的裂纹扩展;该Paris模型在当前的裂纹扩展研究中被广泛使用,其裂纹长度a的微分表达式
【技术特征摘要】
1.基于非线性疲劳累积损伤机理退化-冲击模型的建模方法,其特征在于:其步骤如下:步骤一:恒幅载荷下的疲劳退化模型在疲劳损伤阶段,采用巴黎即Paris模型描述恒幅载荷下的裂纹扩展;该Paris模型在当前的裂纹扩展研究中被广泛使用,其裂纹长度a的微分表达式内容如下:Δσ=σmax-σmin(3)校正因子C受到材料的分散性影响,其被假定为一个服从正态分布的随机变量,即Y是几何因子,几何因子在特殊情况下得以简化,计算一块铝板、铁板中心孔裂纹时,几何因子Y等于1.12;计算一块铝板、铁板表面裂纹时,几何因子Y的值近似为步骤二:冲击载荷模型实际上,恒幅载荷伴随着随机冲击;在本发明中,所有用来计算迟滞效应的冲击称为过载;冲击出现的次数和冲击的大小均是需要给定一种随机分布;在第一次冲击到达之前,裂纹的扩展只取决于恒幅载荷;当第N个冲击出现时,裂纹在过载引起的塑性区内增长,其增长速率很低,直至塑性区消失;后来,裂纹增长率恢复到正常在第(N+1)个冲击出现之前;冲击过程中相当于一个跳跃过程;恒幅载荷下的退化过程是一个随时间不断更新的确定过程;X(n)被假定为退化和冲击过程中裂纹扩展的状态,表达式如下:X(n)=Xn,n∈[TN,TN+1)步骤三:冲击过载条件下的迟滞效应模型在实际中,冲击荷载没有理想的恒幅载荷,而是带有随机性的环境冲击;对于一些材料,如铝和铁,过载会延迟表面裂纹扩展,而不是加速其增长;这种延迟是由冲击过载造成的迟滞效应;维林博格模型即Willenborg模型描述了这种过载迟滞现象;在冲击载荷作用下,裂纹尖端附近出现一个大的单调塑性区,裂纹扩展速率达到最小值;在下一个载荷周期中,当塑性区超过上边界值时,迟滞效应逐渐减小,然后完全消失;在迟滞区域中,疲劳裂纹扩展能用一下一公式进行描述:σcomp=σreq-σmax(8)σreq是无迟滞效应时的应力,σreq的表达通过欧文即Irwin函数和几何准则推导:ρreq=ρres(9)ρres=ρol-(a(n)-aol)(10)基于公式(9)~(12),σreq的最终推导结果为:ρreq是由σreq产生;α是Irwin函数的系数,对于平面板的裂纹扩展问题,其取值为1;迟滞效应的持续时间取决于塑性区的相应大小;从公式(7)和(8),能找到持续时间,当其应力满足以下关系时,σmin>σreq-σmax(14)即,当满足等式(13)的条件时,过载迟滞效应结束;通过公式(12)和(13)中的应力强度来判断迟滞区域大小能转换成通过裂纹长度来判断迟滞区域大小,其转换后的公式表达为:从疲劳模型的公式(1)和(2)能知,未来的裂纹扩展速率取决于当前裂纹长度;因此,传统的线性累积损伤法则不再适用于计算该迟滞区域的裂缝长度;式中,r=σmin/σmax;推导出的公式(15)能够判定以下的两种情况:能够判断每个冲击到来时,是否会发生迟滞效应;当时发生迟滞效应;能够判断迟滞效应的结束;当累积裂纹长度满足公式(15)时,迟滞效应结束;步骤四:基于分段确定性马尔科夫过程(PDMP)的迟滞效应相关模型该步骤建立了由过载引起的迟滞裂纹扩展模型;在迟滞过程中,裂纹扩展的路径受冲击过程中许多随机因素的影响,如冲击到达时间、冲击尺寸、累积裂纹长度以及材料的性能等;Willenborg模...
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