一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统，包括：获取待预测构件的参数；基于构件的参数计算构件的疲劳损伤参数；将构件的疲劳损伤参数代入预先构建的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式，得到构件的疲劳寿命。该方法基于球墨铸铁材料在不同结构不同温度下的疲劳极限、疲劳强度和疲劳寿命，构建了该材料构件的疲劳损伤参数和疲劳寿命之间的关系，实现了对球墨铸铁构件疲劳寿命的准确预测。该方法能够同时表征温度和缺口效应对构件的影响，计算过程简便，在不同结构和温度的条件下，仍然可以保证计算所得的疲劳寿命具有较高的精度。高的精度。高的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统


[0001]本专利技术涉及球墨铸铁材料的疲劳寿命预测
，具体涉及一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统。

技术介绍

[0002]大重型设备服役时不可避免的存在工艺缺陷，外物损伤缺陷等情况，所以对不同类型的构件关键部位在不同温度下的寿命预测就显得尤为重要。为了分析构件断裂失效原因，需对构件进行疲劳寿命预测，从试验角度进一步判定构件断裂的偶然性和必然性。球墨铸铁构件因其材料本身的特殊性，受缺陷影响较大，且在成形过程中，存在铸造缺陷。含缺陷结构的疲劳损伤行为强烈依赖于缺陷临近区域的显微组织结构和应力状态，疲劳损伤范围局限在缺陷临近的局部范围内，又因为疲劳损伤是一种与塑性应变高度局部化损伤，基于上述理念提出了疲劳损伤过程区的概念，认为疲劳损伤局限在该区域内。当前进行寿命分析时，由于温度和目标结构载荷复杂，尚未有一个普遍适用的高精度损伤模型来预测疲劳寿命。

技术实现思路

[0003]为了解决球墨铸铁构件在不同温度和不同缺陷影响下的疲劳寿命预测问题，本专利技术提出了一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法，包括：获取待预测构件的参数；基于所述待预测构件的参数计算所述待预测构件的疲劳损伤参数；基于所述待预测构件的疲劳损伤参数和预先构建的所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式，得到所述待预测构件的疲劳寿命；其中，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式是由所述待预测构件的疲劳试样的试验寿命与疲劳损伤参数通过对数线性拟合构建的。
[0004]优选的，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式的构建包括：基于所述待预测构件的材料、结构和缺陷类型制作所述待预测构件的疲劳试样；对所述疲劳试样进行疲劳试验，获取所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命；基于所述疲劳试样的多个疲劳试验寿命进行数据统计与分析，获得所述疲劳试样的疲劳极限；由所述疲劳试样的疲劳极限，利用疲劳损伤参数的计算式分别计算所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳损伤参数；将所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命与疲劳损伤参数进行对数线性拟合，得到所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式。
[0005]优选的，所述缺陷类型包括缺口型缺陷和面积型缺陷。
[0006]优选的，所述待预测构件和所述疲劳试样的疲劳损伤参数的计算式如下式所示：
[0007][0008]其中，I为疲劳损伤参数，Δσ为循环应力幅值，E为弹性模量，Δσ
w
为疲劳极限。
[0009]优选的，所述对所述疲劳试样进行疲劳试验包括：对所述疲劳试样进行不同应力
和不同温度下的旋转弯曲疲劳试验。
[0010]优选的，所述获取待预测构件的参数包括：由所述待预测构件的材料确定所述待预测构件的弹性模量；将所述疲劳试样的疲劳极限作为所述待预测构件的疲劳极限；基于所述待预测构件的工作受力情况对所述待预测构件进行受力分析，得到所述待预测构件的循环应力幅值。
[0011]优选的，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式如下式所示：
[0012]lg(N
f
)＝a+blg(I)
[0013]其中，N
f
为疲劳寿命，a为常数项，b为系数，I为疲劳损伤参数，lg(N
f
)表示N
f
的对数，lg(I)表示I的对数。
[0014]基于同一专利技术思路，本专利技术还提出一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测系统，包括：获取模块，用于获取待预测构件的参数；疲劳损伤参数计算模块，用于基于所述待预测构件的参数计算所述待预测构件的疲劳损伤参数；疲劳寿命预测模块，用于基于所述待预测构件的疲劳损伤参数和预先构建的所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式，预测所述待预测构件的疲劳寿命；其中，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式是由所述待预测构件的疲劳试样的试验寿命与疲劳损伤参数通过对数线性拟合构建的。
[0015]优选的，所述疲劳损伤参数计算模块通过下式计算疲劳损伤参数：
[0016][0017]其中，I为疲劳损伤参数，Δσ为循环应力幅值，E为弹性模量，Δσ
w
为疲劳极限。
[0018]优选的，还包括关系式构建模块，用于：基于所述待预测构件的材料、结构和缺陷类型制作所述待预测构件的疲劳试样；对所述疲劳试样进行疲劳试验，获取所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命；基于所述疲劳试样的多个疲劳试验寿命进行数据统计与分析，获得所述疲劳试样的疲劳极限；由所述疲劳试样的疲劳极限，利用疲劳损伤参数的计算式分别计算所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳损伤参数；将所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命与疲劳损伤参数进行对数线性拟合，得到所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式。
[0019]优选的，所述疲劳寿命预测模块通过下式预测所述待预测构件的疲劳寿命：
[0020]lg(N
f
)＝a+blg(I)
[0021]其中，N
f
为疲劳寿命，a为常数项，b为系数，I为疲劳损伤参数，lg(N
f
)表示N
f
的对数，lg(I)表示I的对数。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提供的球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统，基于球墨铸铁材料在不同结构不同温度下的疲劳极限、疲劳强度和疲劳寿命，构建了该材料的疲劳损伤参数和疲劳寿命之间的关系，实现了对球墨铸铁构件疲劳寿命的准确预测。本专利技术的技术方案能够同时表征温度和缺口效应对构件的影响，计算过程简便，在不同结构和温度的条件下，仍然可以保证计算所得的疲劳寿命具有较高的精度。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的缺口型缺陷试样的结构尺寸示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例1提供的面积型缺陷试样的结构尺寸示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例1提供的面积型缺陷试样的缺陷位置示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例1提供的面积型缺陷试样的缺陷深度示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例1提供的EN
‑
GJS
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700
‑
2材料的预测寿命与实际寿命比较示意图。
具体实施方式
[0030]本专利技术公开了一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法及系统，通过构建球墨铸铁材料的疲劳损伤参数和疲劳寿命之间的关系，实现了对球墨铸铁构件疲劳寿命的准确预测。
[0031]实施例1：
[0032]一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法，如图1所示，包括：
[0033]步骤1：获取待预测构件的参数；
[0034]步骤2：基于待预测构件的参数计算待预测构件的疲劳损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁构件的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：获取待预测构件的参数；基于所述待预测构件的参数计算所述待预测构件的疲劳损伤参数；基于所述待预测构件的疲劳损伤参数和预先构建的所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式，得到所述待预测构件的疲劳寿命；其中，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式是由所述待预测构件的疲劳试样的试验寿命与疲劳损伤参数通过对数线性拟合构建的。2.如权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式的构建包括：基于所述待预测构件的材料、结构和缺陷类型制作所述待预测构件的疲劳试样；对所述疲劳试样进行疲劳试验，获取所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命；基于所述疲劳试样的多个疲劳试验寿命进行数据统计与分析，获得所述疲劳试样的疲劳极限；由所述疲劳试样的疲劳极限，利用疲劳损伤参数的计算式分别计算所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳损伤参数；将所述疲劳试样在不同应力和不同温度下的疲劳试验寿命与疲劳损伤参数进行对数线性拟合，得到所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式。3.如权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述缺陷类型包括缺口型缺陷和面积型缺陷。4.如权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述待预测构件和所述疲劳试样的疲劳损伤参数的计算式如下式所示：其中，I为疲劳损伤参数，Δσ为循环应力幅值，E为弹性模量，Δσ
w
为疲劳极限。5.如权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述对所述疲劳试样进行疲劳试验包括：对所述疲劳试样进行不同应力和不同温度下的旋转弯曲疲劳试验。6.如权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述获取待预测构件的参数包括：由所述待预测构件的材料确定所述待预测构件的弹性模量；将所述疲劳试样的疲劳极限作为所述待预测构件的疲劳极限；基于所述待预测构件的工作受力情况对所述待预测构件进行受力分析，得到所述待预测构件的循环应力幅值。7.如权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述待预测构件的疲劳损伤参数与疲劳寿命之间的关系式如下式所示：lg(N

【专利技术属性】
技术研发人员：黄耀，张书琦，刘海锋，汪可，李金钟，杨帆，吴静，朱彬荣，苏志钢，赵子华，赵爱民，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：