一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路径曲线积分的多轴循环计数方法，在

A random multi axis cycle counting method based on path curve integral

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法
本专利技术涉及疲劳强度领域，特指一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法。
技术介绍
很多机器在服役时承受复杂的载荷状态，如航空航天飞行器、高速列车、大型搬运机械，其零部件关键部位危险点处于多轴应力状态，应力分量通常随时间任意变化并且幅值很大，疲劳裂纹容易萌生和扩展，导致服役寿命急剧降低，所以精准预测变幅随机多轴疲劳寿命意义重大。过去几十年来，单轴疲劳强度理论发展逐渐完善，但多轴疲劳强度理论还需要补充和优化。预测随机多轴疲劳寿命可以简单分为三个步骤：1)通过计数方法，将随机变幅载荷历程分解成多个恒幅载荷历程，即多个半循环(反复)。2)利用合适的损伤模型，计算每个反复的损伤参量，进而得出损伤。3)借助损伤累积准则，将每个反复的损伤累加为总损伤，估算疲劳寿命。计数方法是变幅随机多轴寿命预测的前处理流程，其合理性直接影响疲劳寿命评估精度。现存的计数方法有很多缺点，如多轴雨流计数方法可能会丢失辅助计数通道的峰谷值、基于等效应变的雨流计数方法会遗漏谷值符号、依赖损伤模型的计数方法不具有通用性。因此，提出不依赖损伤模型且综合考虑分量通道信息的计数方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对变幅多轴疲劳寿命预测的发展，考虑了加载路径对于疲劳寿命的影响，克服了计数方法对疲劳损伤模型的依赖性和遗漏计数通道谷值符合的缺点，提出了一种基于路径曲线积分的随机多轴疲劳循环计数方法。本专利技术所提供的一种基于路径曲线积分的随机多轴疲劳循环计数方法，其步骤为：<br>步骤1)：记ε为正应变，γ为切应变，将拉-扭变幅随机多轴加载下的ε(t)-t和γ(t)-t历程投影到空间，记时刻t对应的投影点为At，起始时刻记为start，终止时刻记为end。步骤2)：为了搜索出半循环的起始点和终止点，考虑加载路径长度对于疲劳损伤的影响，在应变空间中定义一个反映加载路径长度变化的积分如下其中是起始时刻1的投影点和时刻t的投影点之间的加载路径，是起始时刻start的投影点指向时刻t投影点的向量，是时刻t-1的投影点指向时刻t投影点的向量，ds是空间中加载路径的弧长微元，sign(x)是符号函数，表达式如下其中x为任意实数。步骤3)：计算所有时刻点的积分值Yt，找出对应Yt的绝对值abs(Yt)最大的投影点Am，将Am点前面和后面的历程调换顺序，将Am置为起始点Astart。步骤4)：计算新序列所有时刻点的Yt，找出对应Yt最大的投影点Am，将起始点Astart和点Am之间的历程记为一个半循环(反复)。步骤5)：对于点Am和终止点Aend之间的历程，首先将Am置为起始点，然后按照步骤4)处理。步骤6)：若在步骤4)中出现Yt值非单调增加的子历程，将该子历程按照步骤4)、5)进行处理，直至计出所有的半循环(反复)。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法，该方法通过计算应变空间中各点相对于参考起始点的曲线积分值Yt，找出积分值最大的投影点Am，将A0与Am之间的历程计为一个反复，对未处理的历程和积分值Yt出现转折的历程按照上述步骤进行递归处理，直至计出所有反复。计数过程中不需要考虑材料常数，对损伤模型无依赖性，解决了基于等效应变的计数方法丢失载荷谷值符号的问题，在单轴状态下可退化到雨流计数法，易于程序实现，便于工程计算。附图说明图1为基于路径曲线积分的随机多轴计数方法流程图。图2为待计数的随机多轴疲劳试验的拉-扭载荷时间历程。图3为图2在空间中投影图。图4为计数结果及每个反复相对计出的反复起点的Yt-t图。具体实施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术通过拉-扭变幅随机多轴疲劳试验做进一步说明，试件材料为En15R合金钢，采用控制应变加载，加载波形为斜波，轴向应变幅为0.80％，扭向应变幅为1.37％，试验采集了341个数据点。本专利技术所提供的一种基于路径曲线积分的随机多轴疲劳循环计数方法，其步骤为：步骤1)：记ε为正应变，γ为切应变，将拉-扭变幅随机多轴加载下的ε(t)-t和γ(t)-t历程投影到空间，将时刻t对应的投影点记为At，起始时刻令为1，终止时刻令为341。步骤2)：为了搜索出半循环的起始点和终止点，考虑加载路径长度对于疲劳损伤的影响，在应变空间中定义一个反映加载路径长度变化的积分如下其中是起始时刻1的投影点和时刻t的投影点之间的加载路径，是起始时刻1的投影点指向时刻t的投影点的向量，是时刻t-1的投影点指向时刻t的投影点的向量，ds是空间中加载路径的弧长微元，sign(x)是符号函数，表达式如下其中x为任意实数。步骤3)：按照时间先后顺序将投影点编号为A1,A1,…,A340,A341，计算所有时刻点的Yt值，找出对应Yt的绝对值abs(Yt)最大的时刻300，将载荷重排列为A300,…A341,A1,…,A299，将A300置为A1，得到新序列A1,A1,…,A340,A341。步骤4)：对于新序列，计算每个时刻点的积分值Yt，找出对应Yt最大的投影点Am(第一次执行本步骤时m＝68)，将A1和Am之间的历程计为一个半循环。这里m的值会随着递归次数更新。步骤5)：将Am和Aend之间的历程重新编号为A1,…,Aend(第一次执行本步骤时end＝341-68＝274)，按照步骤3)处理。这里end的值会随着递归次数更新。步骤6)：若步骤3)中积分值Yt出现随时间的转折点T1(第一次执行本步骤时T1＝41)，对应积分值找到与相等时间点T2(第一次执行本步骤时T2＝43)，将T1和T2之间的子载荷重新编号为A1,…,Aend(第一次执行本步骤时end＝3)，并按照3)、4)进行处理，直至找出所有的半循环。这里T1、T2、end的值会随着递归次数更新。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下，/n步骤1)：记ε为正应变，γ为切应变，将拉-扭变幅随机多轴加载下的ε(t)-t和γ(t)-t历程投影到

【技术特征摘要】
1.一种基于路径曲线积分的随机多轴循环计数方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下，
步骤1)：记ε为正应变，γ为切应变，将拉-扭变幅随机多轴加载下的ε(t)-t和γ(t)-t历程投影到空间，记时刻t对应的投影点为At，起始时刻记为start，终止时刻记为end；
步骤2)：为了搜索出半循环的起始点和终止点，考虑加载路径长度对于疲劳损伤的影响，在应变空间中定义一个反映加载路径长度变化的积分如下



其中是起始时刻1的投影点和时刻t的投影点之间的加载路径，是起始时刻start的投影点指向时刻t投影点的向量，是时刻t-1的投影点指向时刻t投影点的向量，ds是空间中加载路径的弧长微元，sign(x)是符号函数，表达式如下



其中x为任意实数；

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德广，尹翔，夏禹，王松光，王海潮，常东帅，陈烽，张辉，张佳林，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11