一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法，具体操作步骤如下，建立微动疲劳试验件有限元模型并设置边界条件和载荷，对有限元模型进行网格划分；依据微动疲劳试验测得接触对摩擦系数与微动疲劳循环数的变化规律曲线，对每一个分析步赋予不同的摩擦系数，获得摩擦系数关于分析步的幅值，将该摩擦系数幅值赋予给有限元模型的相互作用，得到摩擦系数随分析步变化的有限元模型。针对固体润滑剂对结构接触面的润滑作用，引入摩擦系数随循环数的变化规律，将实际循环数对应的摩擦系数赋予给有限元模型中每一个分析步，考虑到摩擦系数变化对于结构微动疲劳寿命的影响，具有重要的工程意义。具有重要的工程意义。具有重要的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法


[0001]本专利技术属于微动疲劳寿命预测仿真领域，涉及一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]微动疲劳是指材料或者结构件在微动磨损载荷影响下的疲劳问题，也叫做微动磨损疲劳，是两个相互接触的物体之间产生极小的(通常在微米量级)相对滑动而导致的疲劳失效问题，在微动疲劳载荷的作用下，微动现象会导致疲劳裂纹的早期萌生和扩展，使材料或者结构件的寿命大幅减小。
[0003]零部件在微动疲劳载荷的作用下可以降低到普通疲劳的三分之二甚至更低，而航空发动机上有高达20％的故障是由微动疲劳造成的。因此，微动疲劳问题在工程中能够造成极大的危害，如果在设计和使用维护中不能充分地考虑微动疲劳问题，将会对航空发动机的安全服役埋下很大得安全隐患。
[0004]表面处理技术是减缓微动损伤，提高构件寿命的重要手段，其中降低摩擦系数是一种有效措施，而降低摩擦系数最基本的方法就是通过润滑实现。航空航天中最常用的润滑方式为采用固体润滑剂如石墨、MoS2干膜以及聚合物夹层等。这些润滑剂可以在接触对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：(1)建立微动疲劳试验件有限元模型并设置边界条件和载荷，对有限元模型进行网格划分；(2)依据微动疲劳试验测得接触对摩擦系数与微动疲劳循环数的变化规律曲线，对每一个分析步赋予不同的摩擦系数，获得摩擦系数关于分析步的幅值，将该摩擦系数幅值赋予给有限元模型的相互作用，得到摩擦系数随分析步变化的有限元模型；(3)定义摩擦系数随分析步变化的有限元模型中初始状态时的每个节点的损伤参量；(4)使用带损伤参量的Chaboche非线性随动硬化本构模型计算当前损伤参量下的载荷峰值和载荷谷值的应力应变分布；(5)根据当前循环时的应力应变分布，确定每一个节点的临界平面，并计算临界平面上的最大正应力、正应变、最大剪应变幅值，并得到临界面上的SWT损伤参量和等效应变范围；(6)建立考虑最大法向正应力，循环正应变幅和临界等效应变的疲劳损伤模型，计算当前应力应变状态下的损伤增量，并获得该节点处的累积损伤，若节点处损伤参量大于损伤阈值，则判定该节点失效；(7)根据整体结构的节点损伤情况，计算整体结构的刚度，若整体刚度降低到了初始刚度的拟定百分比以下，则判定整体结构破坏，输出结果，结束计算；否则，进入下一分析步，自动更新接触对摩擦系数，回到(4)继续计算下一个循环时的损伤演变及应力应变分布。2.根据权利要求1所述的一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：通过摩擦系数测量装置得到摩擦系数μ随循环数的变化规律曲线，并将其引入到微动疲劳寿命预测方法中，设有限元计算中，每N个实际循环为一循环ΔN，N为正整数，即每N个实际循环的损伤为线性增加，N个实际循环内摩擦系数是保持不变的，获取循环ΔN内分析步，并获得摩擦系数关于分析步的幅值，将摩擦系数幅值赋予给有限元模型的相互作用，得到摩擦系数随分析步变化的有限元模型。3.根据权利要求2所述的一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述N为1000。4.根据权利要求2所述的一种考虑摩擦系数影响的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：带损伤参量的Chaboche非线性随动硬化本构模型包括屈服准则、流动法则及强化准则三个部分；在小变形假设下，总应变张量拆分为弹性应变张量和塑性应变张量的和，其表达式为：ε＝ε
e
+ε
p
(1)式中，ε为总应变张量，ε
e
为弹性应变张量，ε
p
为塑性应变张量；引入损伤参量D，材料弹性模量降低，胡克定律表示为：σ＝(1
‑
D)C:ε
e
(2)式中，σ为应力张量，D为损伤参量，C为弹性刚度张量，式(2)理解为损伤参量的引入导致了材料弹性模量的降低；考虑随动强化的带损伤参量的von
‑
Mises屈服准则，屈服函数F表达式为：
式中，σ
e
为有效应力，s为偏应力张量，α为随动强化变量张量，也叫做背应力张量，σ
y0
为初始屈服应力；塑性应变增量由正交流动法则计算得到，正交流动法则的表达式为：式中，Δε
p
为塑性应变增量张量，λ为塑性因子，Q为塑性势函数；对于关联流动法则，认为塑性势函数面即为屈服函数面，因此结合式(3)有：有效塑性应变增量Δp表示为：对于Chaboche非线性随动硬化本构模型，背应力张量的表达式及各参数定义如下：对于Chaboche非线性随动硬化本构模型，背应力张量的表达式及各参数定义如下：式中，α
i
为第i个背应力张量，c
i
、γ
i
为α
i
所对应的材料参数；式(5)和式(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏建，吴泽宇，崔海涛，温卫东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：