一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于局部应力‑应变法的疲劳寿命校准方法，属于飞机强度设计技术领域。包括：步骤一、确定局部应力‑应变法中的最敏感参数Kf；步骤二、对Kf进行修正，以期实现对疲劳性能曲线参数的修正；根据预先指定的载荷应力谱，确定其对应的中值寿命t50为目标进行优化；设定初始值，并不断调整Kf的取值，反复用局部应力‑应变法计算中值寿命，直至计算寿命等于设定的目标中值t50，此时对应的Kf值即为修正后的S‑N曲线三参数式中的Kf值；步骤三、对确定的局部应力‑应变法及其对应Kf值进行验证；利用优化得到的参数和局部应力‑应变法进行载荷谱下的寿命预测并将预测计算的该载荷谱下的计算的中止寿命t'与载荷谱下的实测寿命中值比较误差。

A fatigue life calibration method based on local stress-strain method

The invention discloses a fatigue life calibration method based on local stress strain method, which belongs to the technical field of aircraft strength design. It includes: Step 1, determine the most sensitive parameter Kf in the local stress transformation method; step two, modify the Kf to realize the correction of the parameters of the fatigue performance curve. According to the specified load stress spectrum, the corresponding median life T50 is optimized, the initial value is set, and the Kf is constantly adjusted. The value is repeated using the local stress strain method to calculate the median life, until the calculation life is equal to the set target value T50, and the corresponding Kf value is the Kf value of the modified S N curve in the three parameter formula; step three. The life prediction of the load spectrum is carried out by the strain stress strain method, and the error of the calculated suspension life t'calculated under the load spectrum is compared with the mean value of the measured life under the load spectrum.

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法
本专利技术属于飞机强度设计
，具体涉及一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法。
技术介绍
当前，对飞机疲劳关键部位进行随机谱下的寿命分析时，由于随机谱中存在复杂的载荷交互作用，因此目前尚未有一个普遍适用的高精度损伤累积模型能较好地预测其疲劳寿命。但通过研究发现，系列化飞机往往在结构和载荷谱上具有很大的继承性，因此可以采用已有型号的疲劳试验结果，对后续型号的疲劳寿命进行预测。
技术实现思路
本专利技术的目的：为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法，可在变换随机载荷谱的情况下，仍保证计算所得的疲劳寿命具有较高的精度。本专利技术的技术方案：一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法，所述局部应力-应变法的εa-2Nf曲线的表达式：式中，εa为应变幅值，σ'f为疲劳强度系数，b为疲劳强度指数，ε'f为疲劳延性系数，c为疲劳延性指数，2Nf为到破坏的反复数；包括以下步骤：步骤一、确定局部应力-应变法中的最敏感参数；所述εa-2Nf曲线包括5个参数：εa、σ'f、b、ε'f、c；a)对εa进行优化，相当于在εa-2Nf曲线表达式左侧乘以一个系数k，相关敏感参数有Kf、σ'f、b、ε'f、c；b)由于局部应力-应变法适用于应力集中较大及应力集中区较大范围进入屈服的情况，弹性段性能参数不应作为主要考虑的因素，因此，在上述参数中取Kf为最敏感的参数；步骤二、对Kf进行修正，以期实现对疲劳性能曲线参数的修正；c)根据预先指定的载荷应力谱，确定其对应的中值寿命t50为目标进行优化；d)设定初始值，并不断调整Kf的取值，反复用局部应力-应变法计算中值寿命，直至计算寿命等于设定的目标中值t50，此时对应的Kf值即为修正后的S-N曲线三参数式中的Kf值；步骤三、对确定的局部应力-应变法及其对应Kf值进行验证；利用优化得到的参数和局部应力-应变法进行载荷谱下的寿命预测并将预测计算的该载荷谱下的计算的中止寿命t'与所述载荷谱下的实测寿命中值比较误差；若误差小于20％,则确定该校准方法。本专利技术技术方案的技术效果：本专利技术一种局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法，利用该校准方法优化得到的参数和名义应力法进行其他载荷谱下的寿命预测，使得其他载荷谱下的寿命计算结果仍具有较高的精度。附图说明图1为本专利技术一种局部应力-应变法的寿命校准方法的一优选实施例的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出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。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。疲劳寿命校准方法的核心是，以已有的试验结果为基础，采用合理的疲劳分析方法，确定疲劳分析的敏感参数，通过调整参数使得计算寿命和试验寿命相同，然后采用该参数和相同的寿命分析方法进行其他载荷谱下的寿命预测，使得其他载荷谱下的寿命计算结果具有较高的精度。局部应力-应变法将作用于结构细节的名义应力谱，通过缺口弹塑性分析，转换为结构细节危险点的局部应力-应变历程，然后通过当量循环的方法，把局部谱用雨流计数得到的循环等效为光滑试件对称循环，最后由光滑试件的应变-寿命曲线估算结构危险点的损伤，进而预测结构的疲劳寿命。而疲劳累积损伤理论通常采用Miner线性累积损伤理论，该理论是理论界和工程界最普遍接受的，因此提高疲劳寿命预测结果精度的核心在于细节疲劳应变-寿命曲线(εa-2Nf曲线)的确定。εa-2Nf曲线的表达式如下：式中，εa为应变幅值；σ'f为疲劳强度系数；b为疲劳强度指数；ε'f为疲劳延性系数；c为疲劳延性指数；2Nf为到破坏的反复数。上式可知εa-2Nf曲线包括5个参数：εa、σ'f、b、ε'f、c。其中εa相当于疲劳强度，对εa进行优化相当于在εa-2Nf曲线表达式左侧乘以一个系数k，而k相当于在对局部应力应变进行求解时，直接在求得的应变值上乘以一个系数k，因此，相当于对疲劳缺口系数Kf进行优化。于是，相关敏感参数有Kf、σ'f、b、ε'f、c。局部应力-应变法中所使用的εa-2Nf曲线为材料特性参数曲线，包含的参数较多，在优化参数时，参数越多，需要的样本数量越多，且优化结果的稳健性越差。考虑到局部应力-应变法适用于应力集中较大、应力集中区较大范围进入屈服的情况，弹性段性能参数不应作为主要考虑的因素。因此，在上述参数中取Kf为最敏感的参数，在获得局部应力-应变场的过程中综合考虑细节几何、表面加工质量等因素的影响，对Kf进行修正，以期实现对疲劳性能曲线参数的修正。在优化Kf值时，可采用某个谱下试验寿命反推确定。反推方法为：依据指定载荷(应力)谱，以其对应的中值寿命t50为目标，假定Kf的初始值，并以一定步长不断调整Kf值，反复用局部应力-应变法计算中值寿命，直至计算寿命等于t50，计算得到Kf值。利用优化得到的参数和局部应力-应变法进行载荷谱下的寿命预测并将预测计算的该载荷谱下的计算的中止寿命t'与所述载荷谱下的实测寿命中值比较误差，若误差小于20％,则确定该校准方法。经验证利用该校准方法优化得到的参数和名义应力法进行其他载荷谱下的寿命预测，使得其他载荷谱下的寿命计算结果仍具有较高的精度。如图1所示：具体实施如下：1)原始数据的准备，包括载荷谱、材料的循环应力—应变曲线、应变—疲劳曲线和危险部位的疲劳缺口系数；2)通过缺口弹塑性分析，将作用于结构细节的名义应力谱转换为局部应力—应变历程；3)进行“雨流”计数统计处理，获得局部应变谱所有全循环和半循环；4)计算当量应变，将所有全循环或半循环的真实应变范围转换为光滑试件对称循环的当量应变范围；5)通过累积损伤理论计算中值寿命。为使εa-2Nf曲线反映实际细节的原始疲劳质量，拟以典型细节模拟试件在实际载荷谱下的成组疲劳试验结果为依据，从相关材料手册中查找与结构关键部位相同材料的εa-2Nf曲线参数取为初始值，采用局部应力-应变疲劳分析方法进行试验谱下的疲劳寿命分析，以计算寿命与试验寿命相同为目标，不断优化εa-2Nf曲线参数；局部应力-应变法中所使用的εa-2Nf曲线包括5个参数：εa、σ'f、b、ε'f、c。其中εa相当于疲劳强度，对εa进行优化相当于在εa-2Nf曲线表达式左侧乘以一个系数k，而k相当于在对局部应力应变进行求解时，直接在求得的应变值上乘以一个系数k，因此，相当于对疲劳缺口系数Kf进行优化。于是，相关敏感参数有Kf、σ'f、b、ε'f、c。考虑到局部应力-应变法适用于应力集中较大、应力集中区较大范围进入屈服的情况，弹性段性能参数不应作为主要考虑的因素。因此，在上述参数中取Kf为最敏感的参数。在优化Kf值时，可采用某个谱下试验寿命反推确定。反推方法为：依据指定载荷(应力)谱，以其对应的中值寿命t50为目标，假定Kf的初始值，并以一定步长不断调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于局部应力‑应变法的疲劳寿命校准方法，所述局部应力‑应变法的εa‑2Nf曲线的表达式：

【技术特征摘要】
1.一种基于局部应力-应变法的疲劳寿命校准方法，所述局部应力-应变法的εa-2Nf曲线的表达式：式中，εa为应变幅值，σ'f为疲劳强度系数，b为疲劳强度指数，ε'f为疲劳延性系数，c为疲劳延性指数，2Nf为到破坏的反复数；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定局部应力-应变法中的最敏感参数；所述εa-2Nf曲线包括5个参数：εa、σ'f、b、ε'f、c；a)对εa进行优化，相当于在εa-2Nf曲线表达式左侧乘以一个系数k，相关敏感参数有Kf、σ'f、b、ε'f、c；b)由于局部应力-应变法...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳诚忠，杨翔宁，钱景峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21