一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型及方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型及方法，该方法基于连续介质损伤力学，针对不同激光能量冲击后的材料表面，其表面粗糙度会有所差异。除了在有限元模型中引入残余压应力之外，考虑其表面粗糙度的变化可以对其微动疲劳寿命做出更为准确的预测。该方法的步骤包括：(1)建立有限元模型并将激光冲击强化引入的残余压应力作为初应力加入模型；(2)进行仿真计算并提取模型中的相关参量；(3)拟合寿命预测模型中的参数，建全微动疲劳寿命预测公式；(4)建立新的有限元分析，利用寿命预测公式计算得到微动疲劳寿命。该模型及方法可以对不同表面粗糙度的微动疲劳寿命进行有效的预测，具有重要的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型及方法
本专利技术属于微动疲劳寿命预测仿真领域，具体涉及一种考虑材料表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型建立及应用方法。
技术介绍
微动是发生于两接触表面之间的振幅极小(微米量级)的往复运动，这种运动通常由外部振动或形变引起，当相互接触的物体之一承受交变应力时，微动现象会造成疲劳裂纹的早期萌生和扩展，也即微动疲劳问题。区别于普通疲劳的破坏形式，微动接触区受许多复杂因素的影响，微动疲劳的裂纹萌生位置通常并不位于构件的最大应力点或应变点，这给细致的研究微动疲劳现象带来了一定的难度。影响微动疲劳的因素多达五十多种，对微动疲劳寿命进行预测是一个国际难题。目前形成了几种主流的微动疲劳寿命预测方法中，基于连续介质损伤力学的预测方法是研究者们通常采用的手段。该方法通过引入一个损伤参量，当损伤产生时，表示基于有效面积的有效应力，其达到临界值时会诱发裂纹的产生。激光冲击强化是一种新型的表面强化技术，通过高功率密度的激光照射材料表面，使得材料表面产生塑性变形，在内部形成残余应力场，出现高密度位错、孪晶等晶体结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，对于激光冲击强化后的试验件，测量其表面粗糙度并进行微动疲劳试验，获取试验件的微动疲劳寿命；/n步骤2，对试验件建立有限元模型并施加预应力，分别在峰值载荷和谷值载荷下进行求解，提取有限元模型中每个单元的应力应变值；/n步骤3，在多轴疲劳状态下的损伤演化方程为：/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对于激光冲击强化后的试验件，测量其表面粗糙度并进行微动疲劳试验，获取试验件的微动疲劳寿命；
步骤2，对试验件建立有限元模型并施加预应力，分别在峰值载荷和谷值载荷下进行求解，提取有限元模型中每个单元的应力应变值；
步骤3，在多轴疲劳状态下的损伤演化方程为：



式中，D为损伤参量，N为微动疲劳寿命，β为材料常数；α是与应力状态有关的函数，a为由试验数据确定的常数，<·>表示“·”的正的部分；为非对称循环下的疲劳极限，σ_1为对称循环下的疲劳极限，M0(σH,mean)为平均静水应力σH,mean的函数，M0(σH，mean)＝M(1-b2σH,mean)，M、b1和b2为材料常数，AΠ为多轴等效应力幅，σ1、σ2、σ3为三个主应力幅；为多轴疲劳极限，
将临界平面上的最大剪应变γmax和法向正应变εn加以整合：



式中，为临界平面上等效应变范围，Δγmax为临界平面上的最大剪应变范围；
在多轴疲劳状态下的非线性累积损伤NLCD模型中引入临界等效塑性应变幅



式中w是由步骤1得到的微动疲劳寿命数据拟合得到的常数；
利用步骤2中提取得到的应力应变值，计算得到AΠ、σH,mean和
步骤4，引入与表面粗糙度相关的磨损系数因子v，对公式(3)进行修正，得到考虑表面粗糙度的微动疲劳非线性累积损伤模型：



式中，m为步骤1得到的微动疲劳寿命数据所拟合的常数，S为强化后的试验件表面粗糙度，S0为强化前的试验件表面粗糙度；
步骤5，对公式(4)进行积分，得到考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型：



式中，k为步骤(1)得到的微动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏建，于子强，崔海涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32