多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法，通过根据恒幅循环载荷下的疲劳试验数据，分析材料疲劳寿命的概率分布特征；运用Weibull分布描述各应力水平下的寿命分布规律，建立表征疲劳寿命分布特性的条件概率密度函数PDF模型；基于材料的实际服役载荷数据，编制多级循环载荷谱；考虑载荷施加次序对疲劳损伤累积规律的影响，建立多级循环载荷作用下材料的疲劳损伤累积模型；基于条件PDF模型和疲劳损伤等效原则，预测多级循环载荷作用下材料的疲劳寿命。本方法不仅具有寿命预测精度高的优点，而且能够合理反映载荷的加载次序效应和疲劳损伤累积的非线性特征。

【技术实现步骤摘要】
多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法
本专利技术涉及疲劳强度及可靠性工程领域，具体涉及一种多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法。
技术介绍
工程结构或材料在服役过程中通常承受多级循环载荷的反复作用，疲劳失效是影响其安全性和可靠性的主要因素之一。在交变载荷的长期作用下，随着材料内部疲劳损伤的持续累积，工程结构或材料的疲劳寿命及可靠性将会逐渐降低。一般而言，若材料在实际服役过程中突然发生疲劳断裂或失效，往往会带来巨大的经济损失，甚至引发重大灾难性破坏事故的发生。因此，一种合理、有效的疲劳损伤累积准则和寿命预测方法对材料的安全寿命设计及可靠性评估至关重要。长期以来，多级循环载荷作用下工程结构或材料的疲劳寿命预测问题一直是工程界及学术界关注的焦点和难点。为避免巨大的经济损失和灾难性破坏事故的频繁发生，国内外专家学者和工程技术人员对材料的疲劳损伤累积规律及寿命预测方法开展了广泛而深入的研究，并取得了许多重要进展。在疲劳损伤累积方面，现有的疲劳损伤累积模型大体上可以分为两大类：一类是微观机理模型，另一类是宏观唯象模型。微观机理模型中所包含的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法，具体包括以下步骤：/nS1：根据成组试验法的基本原则，将所有待测试样分成3～5组，并将每组试样在预先给定的应力水平S

【技术特征摘要】
1.一种多级循环载荷作用下材料疲劳寿命预测方法，具体包括以下步骤：
S1：根据成组试验法的基本原则，将所有待测试样分成3～5组，并将每组试样在预先给定的应力水平Si下进行恒幅加载疲劳试验；通过成组试验法获取每个应力水平Si下所对应的疲劳寿命数据Nij；其中，下标i＝1,2,3,…表示应力水平的级数，下标j＝1,2,3,…表示每组待测试样中的试样编号；
S2：根据步骤S1中所获取的材料疲劳寿命数据，运用双参数Weibull分布描述各个应力水平下疲劳寿命的概率分布特性；其中，双参数Weibull分布的PDF如式(1)所示，利用极大似然估计方法对如式(1)中的形状参数α和尺度参数β进行求解，确定各个应力水平下材料疲劳寿命的分布规律；



式中：S*为给定的恒幅循环应力；N为恒幅循环应力S*作用下材料的疲劳寿命，它是一个随机变量，且服从双参数Weibull分布；f(N|S*)为恒幅循环应力S*作用下材料疲劳寿命的PDF；α为材料疲劳寿命分布的形状参数；β为材料疲劳寿命分布的尺度参数；
S3：在不同的恒幅循环应力水平下，材料疲劳寿命分布的形状参数α和尺度参数β均随应力水平S的变化而变化；形状参数α和尺度参数β为应力水平S的函数分别记为α(S)和β(S)，其数学表达式分别如式(2)和式(3)所示：
α(S)＝AS+B(2)
β(S)＝Cexp(DS)(3)
式中：A、B、C和D分别为α(S)和β(S)中的待定参数；
基于步骤S2中计算得到的疲劳寿命分布参数αi和βi，利用最小二乘法对式(2)和式(3)中的待定参数进行求解；在此基础之上，可得描述材料疲劳寿命分布规律的条件PDF模型，如式(4)所示：



式中：f(N|S)为材料的条件PDF模型，它可以表征任一恒幅循环载荷下材料的疲劳寿命分布特性；
S4：对材料或结构的实际服役载荷工况进行分析，实时监测并采集材料的服役载荷数据；然后，对采...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建雄，袁逸萍，樊盼盼，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65