【技术实现步骤摘要】
基于加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法
本专利技术涉及的是一种机械加工领域的技术,具体是一种根据几何-组织-力学完整性耦合作用的加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法。
技术介绍
在现有抗疲劳制造技术体系中,人们普遍采用通过不同加工工艺制得标准疲劳样件或类结构件乃至真实结构件进而开展疲劳试验获取疲劳寿命,根据寿命大小来评价加工工艺的抗疲劳性能优劣。然而,采用这种传统方法来评价加工工艺的抗疲劳性能是缺乏合理性和针对性的。相对于构件的整体结构而言,受加工工艺决定的加工表面层非常薄,因此由加工工艺产生的针对疲劳裂纹扩展的抑制作用也将仅局限于这一浅薄表面层范围内。当疲劳裂纹扩展至构件基体内部时,可通过加工工艺调控的表面层将不再对裂纹的扩展产生任何影响,这意味着,抗疲劳加工工艺的效果在本质上是由加工表面层的疲劳性能彰显出来。可以认为,加工表面层几何-组织-力学完整性的耦合作用使表面层疲劳微裂纹的萌生和扩展速率发生改变,才是不同加工工艺发挥抗疲劳效能的实质所在。所以,基于加工表面层几何-组织-力学完整性指标建立针对加工表面层的疲劳寿命评价方法对于指导抗疲劳加工工艺优化十分必要。目前,有关加工表面层疲劳寿命评价指标鲜有人提出,相应的疲劳寿命预测模型亦是缺乏。在不同加工工艺条件下,加工表面完整性指标变化复杂且差异非常大,而加工表面层疲劳寿命对加工表面完整性又非常敏感,这无疑增大了表面层疲劳寿命预测模型的构建难度。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足,提出一种基于加工表面层高周疲劳的 ...
【技术保护点】
1.一种基于加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法,其特征在于,基于微裂纹扩展理论,构建关联几何-组织-力学完整性指标的加工表面层疲劳寿命预测模型以及寿命损失模型;通过制作光滑试件并实验后进行加工表面层疲劳寿命预测模型待定参数的标定,制作特定加工工艺条件下获得的疲劳试件并实验后进行寿命损失模型待定参数的标定,之后,通过检测机械构件加工表面层的几何、组织和力学完整性指标并将它们输入到标定后的加工表面层疲劳寿命预测模型中预测得到机械构件的加工表面层疲劳寿命;/n所述的加工表面层疲劳寿命预测模型是指:加工表面层疲劳寿命
【技术特征摘要】
1.一种基于加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法,其特征在于,基于微裂纹扩展理论,构建关联几何-组织-力学完整性指标的加工表面层疲劳寿命预测模型以及寿命损失模型;通过制作光滑试件并实验后进行加工表面层疲劳寿命预测模型待定参数的标定,制作特定加工工艺条件下获得的疲劳试件并实验后进行寿命损失模型待定参数的标定,之后,通过检测机械构件加工表面层的几何、组织和力学完整性指标并将它们输入到标定后的加工表面层疲劳寿命预测模型中预测得到机械构件的加工表面层疲劳寿命;
所述的加工表面层疲劳寿命预测模型是指:加工表面层疲劳寿命其中:lth是加工表面层临界深度,l0是加工表面等效初始微裂纹长度,是加工表面层疲劳微裂纹扩展速率;
所述的寿命损失模型,即由加工工艺造成的特定粗糙表面对疲劳寿命的减低程度,可等效于一理想光滑表面上微裂纹萌生并扩展至长度l0所造成的寿命损失,其中加工表面等效初始微裂纹长度其中:c1、c2是由试验数据拟合得到的常数,Ra、Ry、Rz分别是表面粗糙度中的轮廓算数平均偏差、轮廓最大高度和微观不平度十点高度。
2.根据权利要求1所述的基于加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法,其特征是,所述的加工表面层疲劳微裂纹扩展速率其中:Keff,max为最大应力强度因子,CS为材料常数,mS为裂纹扩展速率曲线斜率,nS为应力强度因子的影响力系数,kS为裂纹闭合程度随裂纹扩展而变化的参数,KIC为材料的断裂韧性,leff是有效微裂纹长度,ΔKS是微裂纹尖端应力强度因子,ΔKthS是微裂纹扩展门槛值,ΔKthL为基体材料的宏观裂纹扩展门槛值,σFLim为基体材料的疲劳强度极限;
所述的有效微裂纹长度其中:l为在外加交变载荷作用下,疲劳微裂纹自表面等效初始微裂纹长度l0开始扩展的长度,C是基体材料显微硬度和屈服强度的比值,σeff,max(l)是裂纹尖端所承受的有效应力最大值,H(l)是距离最外表面为l的表面层某点处的显微硬度;距离最外表面为d的表面层某点处的有效应力σeff(d)=σreal+σres(d),其中:σreal是外加载荷应力,σres是内部残余应力;
所述的微裂纹尖端应力强度因子其中:Y是修正因子,σeff,op是能够使微裂纹恰好张开的应力;
所述的微裂纹扩展门槛值
3.根据权利要求1所述的基于加工表面层高周疲劳的机械构件寿命预测方法,其特征是,所述的几何-组织-力学完整性指标具体是指:以构件的加工表面层的表面等效初始微裂纹长度l0、表面层显微硬度H(d)以及表面层残余应力σres(d)依次作为几何完整性指标、组织完整性指标和力学完整性指标,其中:d为表面层内某点到最外表面的距离。
4....
【专利技术属性】
技术研发人员:陈明,刘公雨,安庆龙,明伟伟,马海善,
申请(专利权)人:上海交通大学,江苏海博工具产业研究院有限公司,常州市海力工具有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。