一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，属于金属材料疲劳寿命预测技术领域。该方法包括：获取给定的疲劳寿命实验参数，所述给定的疲劳寿命实验参数为应力、弹性应变和卸载弹性模量中的任意两个值；将所述给定的疲劳寿命实验参数代入事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型，预测得到待测金属材料的疲劳寿命；所述事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型为以下3种模型的任一种：和式中，N

【技术实现步骤摘要】
一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，属于金属材料疲劳寿命预测


技术介绍

[0002]金属材料的疲劳寿命预测对工程材料的设计和应用有着巨大的指导价值。经过长期探索，科研人员对疲劳机理及寿命预测做了大量研究，然而由于材料疲劳性能的离散性，同种材料在同样的疲劳载荷作用下，其疲劳寿命也可能显著不同，使得疲劳寿命预测更加困难。在诸多疲劳寿命预测方法中，能量法同时考虑到应力和应变对疲劳寿命的影响，并且能量的可加性便于描述疲劳损伤累加的过程，因此能量法成为研究疲劳问题的重要方法。基于能量法建立的疲劳寿命预测模型中，有的疲劳寿命预测模型结构复杂，难以实际应用，有的疲劳寿命预测模型仅适用高周或低周疲劳实验寿命的预测，局限性较大，缺乏一种既能预测高周疲劳实验寿命又能预测低周疲劳实验寿命的统一疲劳寿命预测模型。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，既能预测高周疲劳实验寿命又能预测低周疲劳实验寿命，简单实用。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，该方法包括以下步骤：
[0005]步骤1、获取给定的疲劳寿命实验参数，所述给定的疲劳寿命实验参数为应力、弹性应变和卸载弹性模量中的任意两个值；
[0006]步骤2、将所述给定的疲劳寿命实验参数代入事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型，预测得到待测金属材料的疲劳寿命；
[0007]所述事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型为以下3种模型的任一种：和式中，N
f
为循环次数，σ
e
为弹性应变对应的应力，E
U
为卸载弹性模量，ε
e
为弹性应变，W
a
为疲劳能量系数，W
b
为疲劳能量指数，W
a
和W
b
通过拟合得到。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术建立的待测金属材料的疲劳寿命预测模型，结构简单，准确度较高，使用一种模型既能预测高周疲劳实验寿命又能预测低周疲劳实验寿命，适用于更广寿命范围下的疲劳寿命预测。
[0009]进一步地，在上述方法中，通过对待测金属材料进行多次疲劳实验建立所述待测金属材料的疲劳寿命预测模型，记录每次疲劳实验的循环次数，并计算每次疲劳实验的总卸载弹性应变能密度，通过对待测金属材料所有疲劳实验的总卸载弹性应变能密度与循环次数进行拟合得到所述W
a
和W
b
。
[0010]这样做的有益效果是：基于卸载弹性应变能密度建立待测金属材料的疲劳寿命预
测模型，操作简单，利用较少的待测金属材料的疲劳实验数据即可获得该材料的疲劳寿命预测模型。
[0011]进一步地，在上述方法中，通过在双对数坐标系下对待测金属材料所有疲劳实验的总卸载弹性应变能密度与循环次数进行线性拟合得到所述W
a
和W
b
。
[0012]进一步地，在上述方法中，所述总卸载弹性应变能密度与循环次数的拟合公式为：式中，W
TU
为总卸载弹性应变能密度，W
a
为疲劳能量系数，W
b
为疲劳能量指数，N
f
为循环次数。
[0013]进一步地，在上述方法中，对待测金属材料进行多次疲劳实验时至少包括一次低周疲劳实验和一次高周疲劳实验，疲劳实验的应力比或应变比均为
‑
1；针对低周疲劳实验，记录每次疲劳实验的循环次数、稳定滞回曲线、弹性应变和卸载弹性模量；针对高周疲劳实验，记录每次疲劳实验的循环次数和应力幅。
[0014]进一步地，在上述方法中，所述每次疲劳实验的总卸载弹性应变能密度基于Miner线性累积损伤准则，利用每次疲劳实验的单次卸载弹性应变能密度和循环次数计算得到。
[0015]进一步地，在上述方法中，所述总卸载弹性应变能密度的计算公式为：W
TU
＝W
SU
N
f
，式中，W
TU
为总卸载弹性应变能密度，W
SU
为单次卸载弹性应变能密度，N
f
为循环次数；其中，每次疲劳实验的单次卸载弹性应变能密度根据卸载弹性应变能密度的定义确定，所述卸载弹性应变能密度的定义为稳定滞回曲线在卸载阶段的应力
‑
应变积分结果。
[0016]进一步地，在上述方法中，对于低周疲劳实验，该疲劳实验的单次卸载弹性应变能密度为该疲劳实验的稳定滞回曲线在卸载阶段的应力
‑
应变积分结果；
[0017]对于高周疲劳实验，该疲劳实验的单次卸载弹性应变能密度通过以下步骤得到：先根据低周疲劳实验的卸载弹性模量得到高周疲劳实验的卸载弹性模量，再结合高周疲劳实验的卸载弹性模量、进行高周疲劳实验时的应力幅和胡克定理计算得到高周疲劳实验的弹性应变幅；最后结合计算得到的高周疲劳实验的弹性应变幅、进行高周疲劳实验时的应力幅以及单次卸载弹性应变能密度、应力和弹性应变三者之间的关系式，计算得到高周疲劳实验的单次卸载弹性应变能密度；所述单次卸载弹性应变能密度、应力和弹性应变三者之间的关系式根据卸载弹性应变能密度的定义确定。
[0018]进一步地，在上述方法中，所述单次卸载弹性应变能密度、应力和弹性应变三者之间的关系式为：式中，σ
e
为弹性应变对应的应力，ε
e
为弹性应变，E
U
为卸载弹性模量，W
SU
为单次卸载弹性应变能密度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术方法实施例中疲劳寿命预测方法的流程图；
[0020]图2为本专利技术方法实施例中稳定滞回曲线下卸载弹性应变能密度的示意图；
[0021]图3为本专利技术方法实施例中总卸载弹性应变能密度与循环次数在双对数坐标下的示意图；
[0022]图4为本专利技术方法实施例中Mo
‑
2.0vol％Al2O3合金的实际疲劳寿命和预测疲劳寿命对比图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0024]方法实施例：
[0025]在介绍本实施例的基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法(以下简称疲劳寿命预测方法)之前，先介绍与本实施例方法有关的两个定义：
[0026]卸载弹性应变能密度为：稳定滞回曲线在卸载阶段的应力
‑
应变积分结果。
[0027]金属材料的疲劳寿命指：在循环加载情况下金属材料产生疲劳破坏时所经历的应力或应变的循环次数。根据循环次数的多少可以简单地将疲劳实验分为两大类，通常将循环次数低于1万次的称为低周疲劳实验，将循环次数高于10万次的称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、获取给定的疲劳寿命实验参数，所述给定的疲劳寿命实验参数为应力、弹性应变和卸载弹性模量中的任意两个值；步骤2、将所述给定的疲劳寿命实验参数代入事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型，预测得到待测金属材料的疲劳寿命；所述事先建立好的待测金属材料的疲劳寿命预测模型为以下3种模型的任一种：式中，N
f
为循环次数，σ
e
为弹性应变对应的应力，E
U
为卸载弹性模量，ε
e
为弹性应变，W
a
为疲劳能量系数，W
b
为疲劳能量指数，W
a
和W
b
通过拟合得到。2.根据权利要求1所述的基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过对待测金属材料进行多次疲劳实验建立所述待测金属材料的疲劳寿命预测模型，记录每次疲劳实验的循环次数，并计算每次疲劳实验的总卸载弹性应变能密度，通过对待测金属材料所有疲劳实验的总卸载弹性应变能密度与循环次数进行拟合得到所述W
a
和W
b
。3.根据权利要求2所述的基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过在双对数坐标系下对待测金属材料所有疲劳实验的总卸载弹性应变能密度与循环次数进行线性拟合得到所述W
a
和W
b
。4.根据权利要求2所述的基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述总卸载弹性应变能密度与循环次数的拟合公式为：式中，W
TU
为总卸载弹性应变能密度，W
a
为疲劳能量系数，W
b
为疲劳能量指数，N
f
为循环次数。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于卸载弹性应变能密度的疲劳寿命预测方法，其特征在于，对待测金属材料进行多次疲劳实验时至少包括一次低周疲劳实验和一次高周疲劳实验，疲劳实验的应力比或应变比均为
‑
1；针对低周疲劳实验，记录每次疲劳实验...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐流杰，宋万里，魏世忠，申华海，潘昆明，周玉成，肖利强，刘伟，熊美，毛丰，李秀青，陈冲，张程，靳东亮，任永鹏，王长记，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：