一种复合加载疲劳寿命预测方法、装置及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种复合加载疲劳寿命预测方法、装置及可读存储介质，其中方法包括以下步骤：基于线性累积损伤模型，对复合加载疲劳损伤进行修正，修正为低周循环疲劳损伤、高周循环疲劳损伤以及耦合损伤之和；将耦合损伤与低周疲劳损伤建立联系，引入耦合损伤系数K表述耦合损伤与低周疲劳损伤之间的关系；基于复合加载载荷特征参量、高周循环疲劳寿命及低周循环疲劳寿命得到耦合损伤的表达式；基于得到的耦合损伤表达式，建立考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测模型，并预测发动机涡轮叶片的高低周复合加载疲劳寿命。与现有技术相比，本发明专利技术能够准确的预测发动机涡轮叶片复合加载下的疲劳寿命，为涡轮叶片的可靠性设计提供理论参考。理论参考。理论参考。

【技术实现步骤摘要】
一种复合加载疲劳寿命预测方法、装置及可读存储介质


[0001]本专利技术涉及航空发动机涡轮叶片寿命预测
，尤其是涉及一种考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]疲劳破坏是导致机械零件失效破坏的主要形式之一，航空
中发动机涡轮叶片疲劳破坏问题被重点关注，机械结构设计过程中疲劳寿命预测是重要的部分。目前，对于发动机涡轮叶片的复合加载疲劳寿命预测主要是使用线性累积损伤模型，但在发动机实际工作过程中，涡轮叶片在高低周复合加载载荷下，承受着低频高幅值的离心载荷和叠加在上面的高频低幅值的振动载荷共同作用。低频高幅值的低周循环应力和高频低幅值的高周循环应力大小以及加载频率都会对发动机涡轮叶片疲劳寿命产生影响，低周循环和高周循环叠加后的高低周复合加载的疲劳寿命预测也就变的复杂。在机械结构设计中常用线性累积损伤预测模型Miner准则来预测高低周复合加载疲劳的寿命，该预测模型考虑了载荷加载产生的疲劳损伤，忽略了载荷相互作用产生的耦合损伤。Miner准则的预测结果相比于高低周复合加载疲劳试验结果偏于危险。为反映发动机涡轮叶片实际工作中的损伤过程以及更准确地预测发动机涡轮叶片的疲劳寿命，考虑发动机涡轮叶片的高低周复合加载疲劳载荷间的相互作用就显得尤为必要。
[0003]现有的高低周复合加载疲劳寿命预测模型较少，并且现有的模型考虑特征参量不够全面，引入与材料相关的附加疲劳参数，增加了疲劳寿命预测的计算量和成本，不便于工程应用，因此，有必要从试验结果的角度分析，提出一个便于实施，不包含附加材料常数的寿命预测模型。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测方法，提高发动机涡轮叶片复合加载下寿命预测准确性，为涡轮叶片的可靠性设计提供理论参考。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]作为本专利技术的第一方面，提供一种复合加载疲劳寿命预测方法，所述预测方法基于考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测模型，预测发动机涡轮叶片的高低周复合加载疲劳寿命；其中，构建所述考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测模型包括以下步骤：
[0007]将线性累积损伤模型引入到高低周复合加载疲劳的寿命预测；
[0008]基于复合加载疲劳的损伤机理，结合高低周复合疲劳试验，通过引入耦合损伤考虑高周和低周载荷相互作用，对高低周复合加载疲劳损伤进行修正；
[0009]根据高低周复合疲劳试验，将耦合损伤与低周疲劳损伤建立联系，引入耦合损伤系数K表述耦合损伤与低周疲劳损伤之间的关系；
[0010]根据高低周复合疲劳试验，将耦合损伤系数表示与高周循环应力幅值、低周循环应力幅值、高周循环应力比和高周循环疲劳寿命有关的函数；
[0011]根据低周疲劳损伤和耦合损伤系数，得到耦合损伤的表达式；
[0012]根据Miner准则，通过耦合损伤考虑高低周载荷的相互作用，得到高低周复合加载下的疲劳寿命模型。
[0013]进一步的，所述线性累积损伤模型采用Miner准则。
[0014]进一步的，所述线性累积损伤模型表示为：
[0015][0016]其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；m为高低周循环应力的频率比。
[0017]进一步的，所述引入耦合损伤D
C
考虑高周和低周载荷相互作用，对高低周复合加载疲劳损伤进行修正为：
[0018][0019]其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；m为高低周循环应力的频率比。
[0020]进一步的，所述耦合损伤D
C
与低周疲劳损伤N
LCF
之间的关系为：
[0021][0022]其中，K为耦合损伤系数。
[0023]进一步的，耦合损伤系数K的表达式为：
[0024][0025]其中，σ
HCF
与σ
LCF
分别为高周循环应力幅值与低周循环应力幅值；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；R为高周循环应力比，表示为：
[0026][0027]其中，σ
min,HCF
为高周循环载荷最小应力值，σ
max,HCF
为高周循环载荷最大应力值。
[0028]进一步的，所述耦合损伤的表达式为：
[0029][0030]其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；R为高周循环应力比；σ
min,HCF
为高周循环载荷最小应力值；σ
max,HCF
为高周循环载荷最大应力值。
[0031]进一步的，所述高低周复合载荷加载下的疲劳寿命为：
[0032][0033]其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；m为高低周循环应力的频率比；R为高周循环应力比；N
CCF
为高低周复合载荷加载下的疲劳寿命。
[0034]作为本专利技术的第二方面，提供一种复合加载疲劳寿命预测设备，包括：
[0035]一个或多个处理器；
[0036]存储器，用于存储一个或多个程序；
[0037]当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的复合加载疲劳寿命预测方法。
[0038]作为本专利技术的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的复合加载疲劳寿命预测方法的步骤。
[0039]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0040]本专利技术所提出的考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测方法，以线性累积损伤模型Miner准则为基础，考虑了高周循环叠加在低周循环上的载荷相互作用产生的耦合损伤对疲劳寿命的影响。引入与高周循环应力幅值、低周循环应力幅值、高周循环应力比和高周循环疲劳寿命有关的耦合损伤系数K表述耦合损伤与低周疲劳损伤之间的关系，以考虑载荷相互作用对复合加载疲劳寿命的影响。根据试验参数得到复合加载载荷的特征参量、高周循环疲劳寿命及低周循环疲劳寿命，快速准确的预测高低周复合加载疲劳寿命，疲劳寿命预测结果和试验结果更接近，有更高的预测精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合加载疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述预测方法基于考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测模型，预测发动机涡轮叶片的高低周复合加载疲劳寿命；其中，构建所述考虑载荷相互作用的复合加载疲劳寿命预测模型包括以下步骤：将线性累积损伤模型引入到高低周复合加载疲劳的寿命预测；基于复合加载疲劳的损伤机理，结合高低周复合疲劳试验，通过引入耦合损伤考虑高周和低周载荷相互作用，对高低周复合加载疲劳损伤进行修正；根据高低周复合疲劳试验，将耦合损伤与低周疲劳损伤建立联系，引入耦合损伤系数K表述耦合损伤与低周疲劳损伤之间的关系；根据高低周复合疲劳试验，将耦合损伤系数表示与高周循环应力幅值、低周循环应力幅值、高周循环应力比和高周循环疲劳寿命有关的函数；根据低周疲劳损伤和耦合损伤系数，得到耦合损伤的表达式；根据Miner准则，通过耦合损伤考虑高低周载荷的相互作用，得到高低周复合加载下的疲劳寿命模型。2.根据权利要求1所述的一种复合加载疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述线性累积损伤模型采用Miner准则。3.根据权利要求2所述的一种复合加载疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述线性累积损伤模型表示为：其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；m为高低周循环应力的频率比。4.根据权利要求3所述的一种复合加载疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述引入耦合损伤D
C
考虑高周和低周载荷相互作用，对高低周复合加载疲劳损伤进行修正为：其中，N
LCF
为低周循环应力幅值为σ
LCF
的低周疲劳寿命；N
HCF
为高周循环应力幅值为σ
HCF
的高周疲劳寿命；m为高低周循环应力的频率比。5.根据权利要求1所述的一种复合加载疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述耦合损伤D
C
与低周疲劳损伤N
LCF
之间的关系为：其中，K为耦合损伤系数。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓玮，刘朋帅，韩丽华，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：