冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法。本发明专利技术的冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法包括以下步骤：确定冷挤压工况；根据所确定的冷挤压工况，采用有限元分析软件建立有限元分析模型；设置冷挤压工艺参数并进行有限元仿真分析，得到残余应力分布和干涉量的仿真结果；基于冷挤压工况及冷挤压工艺参数制作冷挤压试片；对冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行测量；根据比较对有限元分析模型进行修正；基于修正的有限元分析模型，对疲劳寿命进行预测分析。本发明专利技术能够准确高效地预测不同冷挤压工艺方法下的冷挤压孔的疲劳寿命，为冷挤压工艺方法的选择与优化提供可靠依据。

Fatigue Life Prediction Method for Cold Extrusion Reinforced Holes

The invention discloses a fatigue life prediction method for cold extrusion strengthening hole. The fatigue life prediction method of the cold extrusion strengthening hole of the invention includes the following steps: determining the cold extrusion condition; establishing the finite element analysis model by using the finite element analysis software according to the determined cold extrusion condition; setting the cold extrusion process parameters and carrying out the finite element simulation analysis to obtain the simulation results of residual stress distribution and interference; and based on the cold extrusion condition and the cold extrusion process. Cold extruded specimens are made by parameters; residual stress distribution and interference of cold extruded specimens are measured; the finite element analysis model is modified according to comparison; and the fatigue life is predicted and analyzed based on the modified finite element analysis model. The invention can accurately and efficiently predict the fatigue life of cold extrusion holes under different cold extrusion process methods, and provide reliable basis for the selection and optimization of cold extrusion process methods.

【技术实现步骤摘要】
冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法
本专利技术涉及疲劳寿命预测方法的
，尤其涉及冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法。
技术介绍
据统计，飞机结构件服役期疲劳失效的调查统计分析表明，70％以上的结构疲劳问题均发生在连接处，已成为航空飞行器结构失效最主要的根源之一。采用冷挤压工艺可以通过提高残余应力的形式达到提高疲劳寿命的目的，但不同的工艺方法对疲劳寿命的影响不同，需要通过试验分析获取最优的工艺方法。特定冷挤压工艺下的疲劳寿命，可以通过试验的方法获得，但该方法在实际生产过程中，需要花费大量的人力、财力与时间。因此，需要采用疲劳寿命分析预测的方法来减少试验量，传统的疲劳寿命预测方法与采用软件进行仿真分析能够分析不同结构形式下的疲劳寿命，但通常无法分析不同工艺对疲劳寿命的影响，准确性仍存在不足。因此，亟需一种新的仿真分析方法，能够利用更少的试验建立起冷挤压工艺与疲劳寿命间的关系，以高效地实现针对不同冷挤压工艺方法疲劳寿命的准确、可靠的预测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的疲劳寿命预测方法难以考虑不同冷挤压工艺所带来的影响，而采用试验方法测试疲劳寿命的成本过高、周期过长的缺陷，提出一种冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本专利技术提供了一种冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法，其特点在于，其包括以下步骤：步骤一、确定冷挤压工况；步骤二、根据所确定的所述冷挤压工况，采用有限元分析软件建立有限元分析模型；步骤三、在所述有限元分析模型的基础上，设置冷挤压工艺参数并进行有限元仿真分析，得到与所述冷挤压工艺参数对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果；步骤四、基于所述冷挤压工况及所述冷挤压工艺参数制作冷挤压试片；步骤五、采用残余应力测量仪与干涉量测量仪，对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行测量；步骤六、比较步骤三得到的残余应力分布和干涉量的仿真结果与步骤五得到的残余应力分布和干涉量的测量结果，并根据比较结果对所述有限元分析模型进行修正，以使得所述仿真结果逼近所述测量结果；步骤七、基于修正的有限元分析模型，采用疲劳寿命分析软件，以残余应力分布作为输入量对冷挤压强化孔的疲劳寿命进行预测分析。较佳地，所述冷挤压工况包括冷挤压强化孔的孔径和/或材料性质。较佳地，步骤二中所建立的有限元分析模型包括试片部分和挤压棒部分。较佳地，所述冷挤压工艺参数包括挤压率和/或挤压速率。较佳地，步骤五中对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行的测量包括对至少8个参考点的测量。较佳地，基于多组冷挤压工艺参数分别执行步骤三、四、五以获取所述多组冷挤压工艺参数分别对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果和测量结果，并在步骤六中根据所述多组冷挤压工艺参数分别对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果和测量结果的比较结果对所述有限元分析模型进行修正。较佳地，步骤七中采用的疲劳寿命分析软件为MSC.fatigue。较佳地，步骤七中对冷挤压强化孔的疲劳寿命的预测分析，采用疲劳寿命S-N分析方法。较佳地，在步骤七中对冷挤压强化孔的疲劳寿命的预测分析中，还对平均应力采用goodman方程修正。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法，能够克服现有方法的不足，利用有限的试验帮助提高所建立的有限元仿真模型的仿真有效性和准确性，能够准确高效地预测不同冷挤压工艺方法下的冷挤压孔的疲劳寿命，为冷挤压工艺方法的选择与优化提供可靠依据。相比于现有方法，本专利技术能够有效地减少试验时间与试验成本，达到快速对比分析的目的。附图说明图1为本专利技术一较佳实施例的冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法的流程图。具体实施方式下面结合说明书附图，进一步对本专利技术的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本专利技术的限制，任何的其他类似情形也都落入本专利技术的保护范围之中。在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本专利技术的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。参考图1所示，根据本专利技术一较佳实施例的冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法，其包括以下步骤：步骤一、确定冷挤压工况，优选地，所述冷挤压工况包括冷挤压强化孔的孔径和材料性质；步骤二、根据所确定的所述冷挤压工况，采用有限元分析软件建立有限元分析模型，有限元分析模型优选地包括试片部分和挤压棒部分；步骤三、在所述有限元分析模型的基础上，设置冷挤压工艺参数并进行有限元仿真分析，得到与所述冷挤压工艺参数对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果，其中所述冷挤压工艺参数优选地包括挤压率和挤压速率；步骤四、基于所述冷挤压工况及所述冷挤压工艺参数制作冷挤压试片；步骤五、采用残余应力测量仪与干涉量测量仪，对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行测量；步骤六、比较步骤三得到的残余应力分布和干涉量的仿真结果与步骤五得到的残余应力分布和干涉量的测量结果，并根据比较结果对所述有限元分析模型进行修正，以使得所述仿真结果逼近所述测量结果；步骤七、基于修正的有限元分析模型，采用疲劳寿命分析软件，以残余应力分布作为输入量对冷挤压强化孔的疲劳寿命进行预测分析。根据本专利技术的一些优选实施方式，在上述方法中，可基于多组冷挤压工艺参数分别执行步骤三、四、五以获取所述多组冷挤压工艺参数分别对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果和测量结果，并在步骤六中根据所述多组冷挤压工艺参数分别对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果和测量结果的比较结果对所述有限元分析模型进行修正。根据本专利技术的一些优选实施方式，在步骤五中对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行的测量包括对至少8个参考点的测量。根据本专利技术的进一步优选的实施方式，上述方法中可采用MSC.fatigue疲劳寿命分析软件，其中具体可采用疲劳寿命S-N分析方法，并采用goodman方程修正平均应力。以下再举一应用实例对本专利技术的冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法进行说明。本应用实例中的冷挤压工况为，采用Cr15Ni7Mo2Al的开缝衬套对1块4mm的2060T8E30铝锂合金板料进行冷挤压，所冷挤压的孔的最终名义直径孔径为4.420mm。首先，采用有限元仿真软件ABAQUS进行建模，采用的工艺参数包括初孔孔径4.530mm、挤压时长0.2s，以此工艺参数对冷挤压过程进行有限元仿真分析，获得残余应力分布。其次，以上述仿真工况进行冷挤压试片制作，对4mm的2060T8E30铝锂合金板进行制孔，并采用冷挤压工艺使之达到4.420mm的名义值，并采用残余应力测量仪对残余应力进行测试。为保证数据的充分性，建议对不少于10个孔进行测量，每个孔取不少于8个测量点。完成测量后将测量结果与仿真结果进行对比，并对仿真模型进行一定的修正。由此，便得到了修正的有限元分析模型。基于这一分析模型，就能预测分析不同工艺参数下冷挤压孔的疲劳寿命。输入不同的工艺参数，就能利用修正的有限元分析模型获取不同的残余应力分布。再将残余应力分布导入疲劳寿命分析软件MSC.fatigue中，建立同样的疲劳预测工况，并选取疲劳寿命S-N分析方法，对于平均应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一、确定冷挤压工况；步骤二、根据所确定的所述冷挤压工况，采用有限元分析软件建立有限元分析模型；步骤三、在所述有限元分析模型的基础上，设置冷挤压工艺参数并进行有限元仿真分析，得到与所述冷挤压工艺参数对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果；步骤四、基于所述冷挤压工况及所述冷挤压工艺参数制作冷挤压试片；步骤五、采用残余应力测量仪与干涉量测量仪，对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行测量；步骤六、比较步骤三得到的残余应力分布和干涉量的仿真结果与步骤五得到的残余应力分布和干涉量的测量结果，并根据比较结果对所述有限元分析模型进行修正，以使得所述仿真结果逼近所述测量结果；步骤七、基于修正的有限元分析模型，采用疲劳寿命分析软件，以残余应力分布作为输入量对冷挤压强化孔的疲劳寿命进行预测分析。

【技术特征摘要】
1.一种冷挤压强化孔的疲劳寿命预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一、确定冷挤压工况；步骤二、根据所确定的所述冷挤压工况，采用有限元分析软件建立有限元分析模型；步骤三、在所述有限元分析模型的基础上，设置冷挤压工艺参数并进行有限元仿真分析，得到与所述冷挤压工艺参数对应的残余应力分布和干涉量的仿真结果；步骤四、基于所述冷挤压工况及所述冷挤压工艺参数制作冷挤压试片；步骤五、采用残余应力测量仪与干涉量测量仪，对所述冷挤压试片的残余应力分布和干涉量进行测量；步骤六、比较步骤三得到的残余应力分布和干涉量的仿真结果与步骤五得到的残余应力分布和干涉量的测量结果，并根据比较结果对所述有限元分析模型进行修正，以使得所述仿真结果逼近所述测量结果；步骤七、基于修正的有限元分析模型，采用疲劳寿命分析软件，以残余应力分布作为输入量对冷挤压强化孔的疲劳寿命进行预测分析。2.如权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述冷挤压工况包括冷挤压强化孔的孔径和/或材料性质。3.如权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤二中所建立的有限元分析模型包...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹成，李汝鹏，凡志磊，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31