一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法技术

一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法，属于寿命预测领域。首先通过金相测试确定接头的分区，通过力学实验确定搅拌摩擦焊接头不同区域的静力学属性，使用四点关联法将接头各区的静力学参数转换为疲劳参数，建立接头的疲劳有限元模型，通过有限元模拟确定不同载荷下搅拌摩擦焊接头的薄弱区域，通过扩展有限元预制裂纹计算二级高

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及一种剩余寿命预测方法，特别涉及一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法，属于机械结构诊断分析


技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，可以在较小变形和较少产热的情况下固相焊接金属。在工程应用中，工程机械、轻工、船舶和铁道等领域的主要零构件大多承受变幅载荷，疲劳载荷引起焊接构件的失效可以达到失效构件的80％～90％，因此，对于搅拌摩擦焊接头变幅加载的疲劳寿命预测研究是非常有必要的。
[0003]搅拌摩擦焊过程中由于热机耦合效应，焊接区域分为焊核区、热机区、热影响区、母材四个区域，不同区域的力学性能不同。与母材相比，搅拌摩擦焊接头存在组织和力学性能不均匀问题，高周疲劳下，加载应力的不同可导致接头疲劳薄弱区域不同从而断裂失效位置不同。当高
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低或低
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高二级变幅加载中高载和低载对应搅拌摩擦焊接头的疲劳薄弱区域产生在不同位置时，则当载荷发生变化后，搅拌摩擦焊接头会发生因受载变化而产生薄弱区域转变的现象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法，其特征在于，首先通过金相测试确定接头的分区，通过力学实验确定搅拌摩擦焊接头不同区域的静力学属性，使用四点关联法将接头各区的静力学参数转换为疲劳参数，建立接头的疲劳有限元模型，通过有限元模拟确定不同载荷下搅拌摩擦焊接头的薄弱区域，通过扩展有限元预制裂纹计算二级高
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低和低
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高加载下薄弱区域发生转变对应的预制裂纹的临界长度，以此为基础建立薄弱区域转变的概率密度函数，结合薄弱区域转变的概率密度函数及变载载荷的载荷次序，提出一种搅拌摩擦焊接头二级变幅高周疲劳剩余寿命预测方法。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：建立搅拌摩擦焊接头的疲劳有限元模型；疲劳有限元模型的尺寸与疲劳实验试样的中间段尺寸相同，不含夹持端。疲劳有限元模型不同的区域可以通过观察金相组织的差异进行划分，主要分为焊核区、热机区、热影响区、母材四个区域，接头不同区域具有不同材料属性；疲劳有限元模型的参数通过使用不同分区的弹性模量和循环应力应变数据进行建模得到；通过微拉伸实验得到接头各区的静力学参数：屈服强度、抗拉强度、断裂强度、弹性模量，并采用四点关联法将静力学参数转变得到接头各区的疲劳参数，通过Ramberg
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Osgood公式利用疲劳参数计算出接头各区域的循环应力应变数据；步骤2：确认不同的应力下，恒幅加载下的薄弱区域；二级变幅加载的全程包括2个不同的应力载荷，根据受载时间顺序的先后，描述为第一级载荷，第二级载荷；确认单一第一级载荷恒幅加载条件下得到薄弱区域1，第一级载荷恒幅加载对应的全寿命为N1，第一级载荷的应力比为R1为第一级载荷的应力范围为Δσ1；确认单一第二级载荷恒幅加载条件下得到薄弱区域2，第二级载荷恒幅加载对应的全寿命为N2，第二级载荷的应力比为R2，第二级载荷的应力范围为Δσ2；步骤3：预制裂纹，并确定二级变幅加载过程中，变载后，薄弱区域转变发生的临界裂纹长度a
L
；二级变幅加载是指构件受载即第一级载荷一定的循环数之后，在未发生断裂之前，应力发生变化，在变化后的应力即第二级载荷下继续受载，直至断裂的过程，最终断裂的部位所在的区域记为变幅薄弱区域；在二级变幅加载中，以x1表示第一级加载的循环数，x2为第二级加载的循环数；以为第一级加载的循环百分比，以为第二级加载的循环百分比；若大于一定值，则变载后变幅薄弱区域仍为薄弱区域1；薄弱区域转换是指，若小于一定值，则变载后，可能会发生薄弱区域转换，变幅薄弱区域由薄弱区域1转变为薄弱区域2；薄弱区域转换会导致搅拌摩擦焊接头的疲劳寿命延长。通过Paris公式循环数与裂纹长度的对应关系，将上述“小于一定值”转为“裂纹长度小于一定值”，将“裂纹长度小于一定值”中一定值的定义为临界裂纹长度a
L
；通过模拟二级变幅加载中，变载后的裂纹扩展过程来确认a
L
，具体方法如下：在疲劳有限元模型中变幅加载前，首先在薄弱区域1与薄弱区域2分别预制裂纹1与裂
纹2；以裂纹1的初始预制长度为a1，表示造成的裂纹长度，裂纹2的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国芹，付振豪，仇雷，米广铭，李欢，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：