材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法技术

本公开提供了一种材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法，该方法包括：获取低周疲劳试验数据，通过三参数幂函数曲线拟合总应变幅与载荷反向次数之间的关系；对三参数幂函数公式进行变形，得到对数坐标系下的线性表达式，并将线性表达式中的两个参数表达为疲劳极限参数的表达式；求解三参数幂函数公式中其余两参数与疲劳极限参数之间的关系式，并推导总应变幅关于载荷反向次数和疲劳极限参数之间的函数表达；结合试验数据，建立低周疲劳寿命曲线的总残差平方和表达式；通过高效优化算法求解最优疲劳参数值，求解三参数幂函数表达式中目标参数的结果，从而确定低周疲劳寿命曲线的表达式。本公开的评估方法，能够给出总残差平方和最小的ε

【技术实现步骤摘要】
材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法


[0001]本专利技术涉及疲劳寿命评估
，具体而言，涉及一种材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法。

技术介绍

[0002]考虑到高温低周应变疲劳试验难度大、试验周期长、所需试验经费多，而高温低周应变疲劳性能对有些材料的工程应用是必须有的一项性能数据，没有高温低周疲劳的性能数据将影响这类材料的工程应用。
[0003]因此，如何在小子样试验数据下给出能够较好地反映真实应变疲劳寿命关系的曲线至关重要。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法，能够给出总残差平方和最小的ε
‑
N曲线结果。
[0006]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法，该评估方法包括：
[0007]获取低周疲劳试验数据，通过三参数幂函数曲线拟合总应变幅与载荷反向次数之间的关系；
[0008]对三参数幂函数公式进行变形，得到对数坐标系下的线性表达式，并将线性表达式中的两个参数表达为疲劳极限参数的表达式；
[0009]求解三参数幂函数公式中其余两参数与疲劳极限参数之间的关系式，并推导总应变幅关于载荷反向次数和疲劳极限参数之间的函数表达；
[0010]结合试验数据，建立低周疲劳寿命曲线的总残差平方和表达式；
[0011]通过高效优化算法求解最优疲劳参数值，并求解三参数幂函数表达式中目标参数的结果，从而确定低周疲劳寿命曲线的表达式。
[0012]在本公开的一种示例性实施例中，获取低周疲劳试验数据，通过三参数幂函数曲线拟合总应变幅与载荷反向次数之间的关系，包括：
[0013]获取材料的低周疲劳试验小子样数据包括总应变幅值和对应的发生破坏时的载荷反向次数2N
f
，并利用三参数幂函数曲线来拟合总应变幅值与载荷反向次数之间的关系，其中α、β和均为待定参数，且为疲劳极限参数。
[0014]在本公开的一种示例性实施例中，对三参数幂函数公式进行变形，得到对数坐标系下的线性表达式，并将线性表达式中的两个参数表达为疲劳极限参数的表达式，包括：
[0015]对三参数幂函数公式进行变形，将其表达为对数坐标下的线性表达形式：并将线性表达式中的两个系数A和B表达为疲劳极限参数的表达式，分别为和
[0016]在本公开的一种示例性实施例中，求解三参数幂函数公式中其余两参数与疲劳极限参数之间的关系式，并推导总应变幅关于载荷反向次数和疲劳极限参数之间的函数表达，包括：
[0017]通过线性表达式中的两个系数和计算原始三参数幂函数表达式中参数α和β的结果，记其分别为和并对三参数幂函数表达式进行变形，得到总应变幅关于载荷反向次数的函数：
[0018][0019]其中，表示总应变幅为疲劳极限参数和载荷反向次数2N
f
的函数。
[0020]在本公开的一种示例性实施例中，结合试验数据，建立低周疲劳寿命曲线的总残差平方和表达式，包括：
[0021]结合试验数据建立ε
‑
N曲线的总残差平方和表达式：
[0022][0023]其中，表示总残差平方和Mse为疲劳极限参数的函数。
[0024]在本公开的一种示例性实施例中，通过高效优化算法求解最优疲劳参数值，并求解三参数幂函数表达式中目标参数的结果，从而确定低周疲劳寿命曲线的表达式，包括：
[0025]通过高效优化算法来求解使总残差平方和最小的疲劳极限参数结果，该结果为最优疲劳参数的值；
[0026]通过将最优疲劳参数的值代入和中获取三参数幂函数表达式其
它参数的结果，确定ε
‑
N曲线。
[0027]在本公开的一种示例性实施例中，通过疲劳极限参数来表达转换后线性表达式中的两个系数为和具体子步骤如下：
[0028]对三参数幂函数公式两边同时取对数得到以下表达：
[0029][0030]令A＝lgα和B＝
‑
β，则上式为：
[0031][0032]结合获取材料的低周疲劳试验小子样数据结合获取材料的低周疲劳试验小子样数据和最小二乘原理，将上式中的两个系数A和B表达为疲劳极限参数的表达式，记其分别为和则：
[0033][0034][0035]在本公开的一种示例性实施例中，总应变幅被表达为载荷反向次数和疲劳极限参数的函数，其基本思想如下：
[0036]根据线性表达式中两个参数A和B与原始三参数幂函数表达式中α和β的关系，得到α和β的关于疲劳极限参数的表达式和分别为：
[0037][0038][0039]将以上两式代入三参数幂函数表达式中并对表达式进行变形，得到总应变幅关于载荷反向次数2N
f
和疲劳极限参数的函数表达式：
[0040][0041]在本公开的一种示例性实施例中，根据ε
‑
N曲线的总残差平方和关于疲劳极限参数的函数表达式，确定ε
‑
N曲线的优劣。
[0042]在本公开的一种示例性实施例中，通过遗传算法或序列二次规划等高效优化算法求解最优的疲劳参数值
[0043][0044]目前，在描述ε
‑
N曲线时，使用较多的是Manson
‑
Coffin公式。Manson
‑
Coffin公式在弹性线与塑性线均为直线的情况下，能够给出较好的拟合结果。虽然Manson
‑
Coffin公式在工程上得到了广泛的应用，但也暴露了其自身的缺陷。其缺陷主要体现在不能反映材料的疲劳极限，这与实际情况不符。同时，许多材料按Manson
‑
Coffin公式分解后的弹性线和塑性线在双对数坐标系中并不是直线，而是略向下内弯的曲线。并且，使用Manson
‑
Coffin公式得到的总应变寿命曲线是两条直线之和，其总残差平方和并非最小。基于传统三参数幂函数的方法能够在一定程度上克服Manson
‑
Coffin公式的缺陷，但是该方法通过最大化线性相关系数的绝对值来计算疲劳参数值，在该结果下，所得ε
‑
N曲线的总残差平方和并非最小。因此，本公开基于三参数幂函数表达式，通过最小化残差平方和来计算疲劳参数值，并进一步获得涡轮部件材料低周疲劳寿命的ε
‑
N曲线，能够有效克服Manson
‑
Coffin公式的缺陷，给出总残差平方和最小的ε
‑
N曲线结果。
[0045]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0046]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料低周疲劳寿命曲线的小子样评估方法，其特征在于，包括：获取低周疲劳试验数据，通过三参数幂函数曲线拟合总应变幅与载荷反向次数之间的关系；对三参数幂函数公式进行变形，得到对数坐标系下的线性表达式，并将线性表达式中的两个参数表达为疲劳极限参数的表达式；求解三参数幂函数公式中其余两参数与疲劳极限参数之间的关系式，并推导总应变幅关于载荷反向次数和疲劳极限参数之间的函数表达；结合试验数据，建立低周疲劳寿命曲线的总残差平方和表达式；通过高效优化算法求解最优疲劳参数值，并求解三参数幂函数表达式中目标参数的结果，从而确定低周疲劳寿命曲线的表达式。2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，获取低周疲劳试验数据，通过三参数幂函数曲线拟合总应变幅与载荷反向次数之间的关系，包括：获取材料的低周疲劳试验小子样数据包括总应变幅值和对应的发生破坏时的载荷反向次数2N
f
，并利用三参数幂函数曲线来拟合总应变幅值与载荷反向次数之间的关系，其中α、β和均为待定参数，且为疲劳极限参数。3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，对三参数幂函数公式进行变形，得到对数坐标系下的线性表达式，并将线性表达式中的两个参数表达为疲劳极限参数的表达式，包括：对三参数幂函数公式进行变形，将其表达为对数坐标下的线性表达形式：并将线性表达式中的两个系数A和B表达为疲劳极限参数的表达式，分别为和4.根据权利要求3所述的评估方法，其特征在于，求解三参数幂函数公式中其余两参数与疲劳极限参数之间的关系式，并推导总应变幅关于载荷反向次数和疲劳极限参数之间的函数表达，包括：通过线性表达式中的两个系数和计算原始三参数幂函数表达式中参数α和β的结果，记其分别为和并对三参数幂函数表达式进行变形，得到总应变幅关于载荷反向次数的函数：
其中，表示总应变幅为疲劳极限参数和载荷反向次数2N
f
的函数。5.根据权利要求4所述的评估方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，吕震宙，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：