【技术实现步骤摘要】
基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法及预测装置
本专利技术涉及多轴疲劳强度理论领域，具体地说，涉及基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法及预测装置。
技术介绍
光刻机作为大规模集成电路的生产制造设备，其发展程度直接影响着半导体芯片的集成度及性能，因此光刻机的研发受到国家的高度重视。光刻机结构中存在大量的几何不连续的部位，如螺纹、键槽、油孔等，这使得构件截面尺寸发生突发变化。并且，这些结构部位通常是在多轴变幅载荷的作用下工作的，多轴疲劳破坏是其主要的破坏形式。目前，局部应力应变法可以较为成熟地应用于单轴缺口疲劳寿命预测。但是对于承受多种载荷作用的多轴缺口疲劳研究，其研究成果还很不成熟。特别是对于多轴变幅非比例载荷作用下缺口部件的疲劳问题，至今还没有较为成熟的疲劳寿命预测方法。多轴疲劳问题相比单轴疲劳问题复杂的最大原因在于材料的多轴非比例疲劳行为。在多轴非比例加载过程中主应变/应力轴发生旋转，这导致材料微观结构和滑移系发生变化，表现出在单轴或多轴比例加载过程中都不存在的非比例附加循环强化现象。非比例附加强化现象使得材料的循环本构关系变得复杂，也使得多轴非比例加载下的疲劳寿命估算变得困难。因此，为了保证机械结构安全可靠地运行，防止突发性地疲劳破坏带来的经济和财产损失，研究适合工程应用的多轴变幅载荷下缺口件的疲劳寿命预测方法具有重要的理论意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术的基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：利用有限元方法建立缺口件有限元模型并划分网格；
【技术保护点】
1.一种基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n利用有限元方法建立缺口件有限元模型并划分网格；/n利用有限元方法对缺口件有限元模型施加约束和载荷，获得缺口区域的虚拟应变历程
【技术特征摘要】
1.一种基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用有限元方法建立缺口件有限元模型并划分网格；
利用有限元方法对缺口件有限元模型施加约束和载荷，获得缺口区域的虚拟应变历程eεij(t)；
利用Wang-Brown多轴循环计数算法获得总的循环计数n；
对应每个循环计数，进行拉伸型缺口件疲劳寿命预测，获得循环载荷产生的拉伸疲劳损伤值Dε；
对应每个循环计数，进行剪切型缺口件疲劳寿命预测，获得循环载荷产生的剪切疲劳损伤值Dγ；
对应每个循环计数，如果Dε≥Dγ，则选择拉伸型疲劳损伤模型估算疲劳损伤；如果Dε＜Dγ，则选择剪切型疲劳损伤模型估算疲劳损伤。
2.根据权利要求1所述的基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，拉伸型疲劳损伤模型和剪切型疲劳损伤模型估算疲劳损伤的判定公式如下；
其中，是临界面上的真实等效正应变幅；
是临界面上的真实等效剪切应变幅；
σ′f，ε′f，b，和c分别是疲劳强度系数，疲劳延性系数，疲劳强度指数和疲劳延性指数，
Nfε是拉伸疲劳寿命；
其中，τ′f是剪切疲劳强度系数；
γ′f是剪切疲劳延性系数；
b0是剪切疲劳强度指数；
c0是剪切疲劳延性指数；
b0＝b，c0＝c，
σ′f、ε′f、b和c分别是拉伸疲劳强度系数，拉伸疲劳延性系数，拉伸疲劳强度指数和拉伸疲劳延性指数；
是剪切疲劳寿命；
G是剪切模量；
E是弹性模量。
3.根据权利要求1或2所述的基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，还包括获得每个循环计数的疲劳损伤Di，Di＝Dε或Dγ；
利用Miner线性疲劳损伤累积理论，计算总的累积疲劳损伤Dtotal：
其中n为总的循环计数；
确定疲劳失效需要的载荷块数Nblock，Nblock的表达式如下：
4.根据权利要求1或2所述的基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，对应每个循环计数，进行拉伸型缺口件疲劳寿命预测的步骤包括：
通过虚拟应变历程eεij(t)计算拉伸型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数其公式如下：
其中，Δeγmax/2是最大剪切平面上的虚拟剪切应变幅；
是临界面上相邻最大剪切应变折返点之间的虚拟正应变变程，在比例多轴循环载荷下，拉伸型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数等价于虚拟等效正应变幅
通过使用拉伸型Neuber法和材料的循环应力应变关系确定拉伸型虚拟等效正应变与真实等效应力的关系；
拉伸型Neuber法则：
其中，E是弹性模量，
e和N分别表示缺口处的虚拟量和真实量；
是虚拟等效正应力幅，是虚拟等效正应变幅；
是真实等效正应力幅，是真实等效正应变幅；
材料拉伸型的循环应力应变关系如下：
其中，n′和K′分别是循环应变硬化指数和强度系数；
通过方程5和方程6确定拉伸型虚拟等效应变与真实等效应力关系如下：
采用临界面上的Shang-Wang多轴疲劳损伤参量替换虚拟等效正应变幅来考虑载荷引起的非比例附加强化，其公式如下：
通过式8求解临界面上的真实等效正应力幅
通过计算得到临界面上的真实等效正应力幅和拉伸型Neuber法则来计算临界面上的真实等效正应变幅其公式如下：
运用Manson-Coffin方程来计算缺口部件的疲劳寿命，并进而得到循环载荷产生的拉伸疲劳损伤值Dε，
其中，σ′f，ε′f，b，和c分别是疲劳强度系数，疲劳延性系数，疲劳强度指数和疲劳延性指数，
是拉伸疲劳寿命。
5.根据权利要求1或2所述的基于主载荷模式的缺口件疲劳寿命预测方法，其特征在于，对应每个循环计数，进行剪切型缺口件疲劳寿命预测包括以下步骤：
通过虚拟应变历程eεij(t)计算剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数，表达式如下：
在比例多轴循环载荷下，剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数等价为虚拟等效剪切应变
使用剪切型Neuber法和材料的循环应力应变关系来确定剪切型虚拟等效剪切应变与...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，朱煜，陶志强，成荣，王磊杰，张鸣，
申请(专利权)人：清华大学，北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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