机械零件强度估算方法技术

本发明专利技术涉及强度设计技术领域，特别涉及一种机械零件强度估算方法。本发明专利技术所提供的机械零件强度估算方法，包括步骤：提供一种机械零件；估算机械零件的局部静强度和静强度场，和/或，估算机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场。在本发明专利技术中，不再只估算危险位置的应力、强度及强度变化，而是估算机械零件的局部静强度及静强度场和/或局部疲劳强度及疲劳强度场，获得任意一点的静强度和/或疲劳强度，可以有效完善强度‑应力干涉模型，为机械零件的强度设计提供更准确可靠地理论和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
机械零件强度估算方法
本专利技术涉及强度设计
，特别涉及一种机械零件强度估算方法。
技术介绍
强度是机械零件设计时首先应满足的基本要求，用于表征机械零件在外力作用下，抵抗破坏(永久变形或断裂)的能力。按照所抵抗外力的作用形式，强度可以分为：抵抗静态外力的静强度，抵抗冲击外力的冲击强度和抵抗交变外力的疲劳强度等。机械零件的任意一点的应力和应力场，可以应用材料力学或有限元应力计算和分析得到，机械零件的应力和应力场由机械零件承受的载荷、载荷谱以及结构的截面特性等决定。机械零件的结构一定情况下，零件任意点的应力和应力分布特征不会随使用而衰退，但机械零件的强度会受到零件的材料特性、结构尺寸、热处理、应力集中、疲劳敏感、疲劳交变载荷等因素影响，疲劳交变载荷作用下，零件的强度还会发生退化，直到零件失效。机械零件强度与可靠性设计的基本模型是应力-强度干涉模型，即当应力大于等于强度时，零件发生失效破坏。现有技术中，机械零件的强度设计和强度-应力干涉模型只是针对危险点或危险位置，即现有的强度估算方法只考虑危险位置的应力、强度及强度变化，其通常通过零件或材料的破坏试验获得失效部位的应力作为零件或材料的强度，或者，通过材料强度经系数换算获得零件危险点的强度。目前尚没有机械零件任意点强度的估算方法。这种机械零件强度和强度场预测模型的缺失，导致强度与可靠性设计中的强度-应力干涉模型不完善，机械零件的热处理强化、疲劳裂纹萌生位置、喷丸滚压强化工艺要求的制定也相应缺少理论和技术依据。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题为：现有的强度估算方法只考虑危险位置的应力、强度及强度变化，导致强度-应力干涉模型存在不完善的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种机械零件强度估算方法，其包括以下步骤：提供一种机械零件；估算机械零件的局部静强度和静强度场，局部静强度为机械零件任意一点的静强度，和/或，估算机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场，局部疲劳强度为机械零件任意一点的疲劳强度。可选地，在估算机械零件的局部静强度和静强度场时，根据机械零件的局部硬度和硬度场，或者，根据机械零件的任一点的组织强化强度和形变强化后的强度增加量，获得机械零件的局部静强度和静强度场。可选地，根据机械零件的局部硬度和硬度场，采用如下的公式(1)，获得机械零件的局部静强度和静强度场：σb(i,j,k)＝f1(H(i,j,k))(i,j,k)其中：σb(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的静强度；H(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的硬度；f1为机械零件任意一点(i,j,k)处硬度与静强度的转换关系。可选地，在公式(1)中，H(i,j,k)通过对机械零件进行硬度测试获得。可选地，在根据机械零件的任一点的组织强化后强度和形变强化后的强度增加量，获得机械零件的局部静强度和静强度场时，先根据机械零件的材料的组织特性确定机械零件任一点的组织强化后强度，并根据加工硬化特性曲线确定机械零件任一点的形变强化后强度的增加量，然后将机械零件任一点的组织强化后强度与对应的形变强化后强度的增加量进行叠加，获得机械零件的局部静强度和静强度场。可选地，在估算机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场时，根据机械零件的局部静强度和静强度场以及残余应力和残余应力分布，确定机械零件的局部疲劳强度和疲劳强度场。可选地，根据机械零件的局部静强度和静强度场以及残余应力和残余应力分布，采用如下的公式(2)，确定机械零件的局部疲劳强度和疲劳强度场：σk(i,j,k)＝σkj(i,j,k)+σkR(i,j,k)其中：σk(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的疲劳强度；σkj(i,j,k)为基于机械零件的局部静强度和静强度场所确定的机械零件任意一点(i,j,k)处的疲劳强度；σkR(i,j,k)为考虑残余应力时机械零件任意一点(i,j,k)处疲劳强度的变化量。可选地，在公式(2)中，σkj(i,j,k)基于如下的公式(3)获得：其中：σb(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的静强度；f2为机械零件任意一点(i,j,k)处的疲劳强度与静强度的转换系数。可选地，在公式(3)中，f2的取值范围在0.3-0.6之间。可选地，在公式(2)中，σkR(i,j,k)基于如下的公式(4)获得：或者，σkR(i,j,k)基于如下的公式(5)获得：σkR(i,j,k)＝pqσR(i,j,k)，其中：σY(i,j,k)为不考虑残余应力时机械零件任意一点(i,j,k)处的疲劳强度；σR(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的残余应力，为压应力时取正，为拉应力时取负；σb(i,j,k)为机械零件任意一点(i,j,k)处的静强度；p为机械零件任意一点(i,j,k)处残余应力与静强度之间的转换系数；q为机械零件任意一点(i,j,k)处残余应力与疲劳强度之间的转换系数。可选地，在公式(4)和公式(5)中，σR(i,j,k)通过盲孔法或X射线衍射法获得。可选地，在公式(5)中，p在σR(i,j,k)为压应力时取值为1，和/或，p在σR(i,j,k)为拉应力时取值为-1。可选地，在公式(5)中，q的取值范围在0.3-0.6之间。本专利技术所提供的机械零件强度估算方法，不再只估算危险位置的应力、强度及强度变化，而是能够估算机械零件的局部静强度及静强度场和/或局部疲劳强度及疲劳强度场，获得任意一点的静强度和/或疲劳强度，因此，可以有效完善强度-应力干涉模型，为机械零件的强度设计提供更准确可靠地理论和技术支持。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例进行详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出本专利技术估算方法的一个实施例的流程示意图。图2示出基于图1所示估算方法所得到的齿轮的硬度和硬度沿深度的分布；图3示出基于图1所示估算方法所得到的齿根处静强度和静强度沿深度分布；图4示出基于图1所示估算方法所得到的齿根表面残余应力和残余应力沿深度的分布；图5示出基于图1所示估算方法所得到的齿根不同深度下残余应力对疲劳强度的改变量；图6示出基于图1所示估算方法所得到的齿根附近沿深度的疲劳强度分布。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。本专利技术所提供的机械零件强度估算方法，包括以下步骤：提供一种机械零件；估算机械零件的局部静强度和静强度场，和/或，估算机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械零件强度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一种机械零件；估算所述机械零件的局部静强度和静强度场，所述局部静强度为所述机械零件任意一点的静强度，和/或，估算所述机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场，所述局部疲劳强度为所述机械零件任意一点的疲劳强度。

【技术特征摘要】
1.一种机械零件强度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一种机械零件；估算所述机械零件的局部静强度和静强度场，所述局部静强度为所述机械零件任意一点的静强度，和/或，估算所述机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场，所述局部疲劳强度为所述机械零件任意一点的疲劳强度。2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，在估算所述机械零件的局部静强度和静强度场时，根据所述机械零件的局部硬度和硬度场，或者，根据所述机械零件的任一点的组织强化强度和形变强化后的强度增加量，获得所述机械零件的局部静强度和静强度场。3.根据权利要求2所述的估算方法，其特征在于，根据所述机械零件的局部硬度和硬度场，采用如下的公式(1)，获得所述机械零件的局部静强度和静强度场：σb(i,j,k)＝f1(H(i,j,k))(i,j,k)其中：σb(i,j,k)为所述机械零件任意一点(i,j,k)处的静强度；H(i,j,k)为所述机械零件任意一点(i,j,k)处的硬度；f1为所述机械零件任意一点(i,j,k)处硬度与静强度的转换关系。4.根据权利要求3所述的估算方法，其特征在于，在所述公式(1)中，H(i,j,k)通过对所述机械零件进行硬度测试获得。5.根据权利要求2所述的估算方法，其特征在于，在根据所述机械零件的任一点的组织强化后强度和形变强化后的强度增加量，获得所述机械零件的局部静强度和静强度场时，先根据所述机械零件的材料的组织特性确定所述机械零件任一点的组织强化后强度，并根据加工硬化特性曲线确定所述机械零件任一点的形变强化后强度的增加量，然后将所述机械零件任一点的组织强化后强度与对应的形变强化后强度的增加量进行叠加，获得所述机械零件的局部静强度和静强度场。6.根据权利要求1-5任一所述的估算方法，其特征在于，在估算所述机械零件的局域疲劳强度和疲劳强度场时，根据所述机械零件的局部静强度和静强度场以及残余应力和残余应力分布，确定所述机械零件的局部疲劳强度和疲劳强度场。7.根据权利要求6所述的估算方法，其特征在于，根据所述机械零件的局部静强度和静强度场以及残余应力和残余应力分布，采用如下的公式(2)，确定所述机械零件的局部疲劳强度和疲劳强度场：σk(i,j,k)＝σkj(i,j,k)+σkR(i,j,k)其中：σk(i,j,k)为所述机械零件任意一点(i,j,k)处的疲劳...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌，刘汉光，张红，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32