【技术实现步骤摘要】
一种极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法
[0001]本专利技术涉及机械结构强度与高端装备智能制造领域,更具体的说,涉及一种极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法
。
技术介绍
[0002]结构的疲劳破坏是工程中最典型的失效形式之一
。
按照循环周次可分为低周疲劳
、
高周疲劳和超高周疲劳
。
[0003]近二十年来,核电装备
、
发动机部件
、
汽车承力部件
、
铁路轮轴与轨道
、
飞机
、
海岸结构
、
桥梁等现代工程装备与构件呈现低应力
、
长寿命服役新趋势
。
[0004]目前,可以通过以下两种方式提升长寿命服役结构的抗疲劳性能:
[0005]第一种方式是直接选用高强度材料;
[0006]但是,材料的强度水平越高,对缺陷或环境致裂敏感性也相应的提高,即依赖提高材料强度水平以获得高疲劳抗力是不可行的,这使人们意识到“结构的断裂不仅仅是材料的问题”;
[0007]第二种方式是现有广泛应用的表面强化技术;
[0008]主要基于抗疲劳制造的理念,通过改变材料表层的微观结构
、
化学成分和应力状态,可以延长结构疲劳寿命,然而,这种使结构表面发生强化的技术,却使结构在长寿命条件下的裂纹更容易在内部缺陷处萌生,表面强化技术抗疲劳的结果,是使结构最终呈现出超高周疲劳特性
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤
S1、
判断服役结构的长寿命阶段疲劳断裂模式,如果为内部缺陷致裂模式,则进入步骤
S2
;步骤
S2、
根据缺陷
‑
基体的交互作用原理,获得服役结构空气环境下超高周疲劳内部缺陷致裂机理;步骤
S3、
考虑环境因素,明晰服役条件下超高周疲劳内部缺陷
‑
基体
‑
环境交互作用机理并获取环境削弱系数;步骤
S4、
综合考虑环境因素,建立服役条件下的缺陷
‑
载荷
‑
寿命关联的超高周疲劳寿命预测理论模型;步骤
S5、
根据超高周疲劳寿命预测理论模型,基于设计
/
制造一体化理念对材料冶金与制造工艺参数
、
结构强度设计参数
、
结构服役应力与环境参数进行调控
。2.
根据权利要求1所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述步骤
S1
,进一步包括以下步骤:判断服役结构的长寿命阶段疲劳断裂模式,如果为表面缺陷致裂模式,则根据传统抗疲劳理论模型进行抗疲劳及安全调控
。3.
根据权利要求2所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述传统抗疲劳理论模型包括低周疲劳
Manson
‑
Coffin
模型和高周疲劳
Basquin
模型
。4.
根据权利要求1所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述步骤
S2
的基体
‑
缺陷交互作用原理为循环载荷下缺陷周围局部塑性导致基体微观组织损伤
。5.
根据权利要求1所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述步骤
S3
的缺陷
‑
基体
‑
环境的交互作用机理为循环载荷下缺陷周围局部塑性
、
化学元素与温度耦合作用导致基体微观组织损伤
。6.
根据权利要求1所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述步骤
S3
中的环境削弱系数
H
对应的表达式为:或
σ
(environment)
为服役条件下的疲劳强度;
σ
(air)
为空气环境下的疲劳强度;
N
(environment)
为服役条件下的疲劳寿命;
N
(air)
为空气环境下的疲劳寿命
。7.
根据权利要求1所述的极端环境下超长寿命服役结构抗疲劳及安全调控方法,其特征在于,所述步骤
S4
的超高周疲劳寿命预测理论模型,对应的表达式为:
Z
=
σ<...
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