一种冲击疲劳概率寿命评估方法及系统技术方案

本发明专利技术属于冲击疲劳寿命评估技术领域，公开了一种冲击疲劳概率寿命评估方法及系统，所述方法无需通过大量的冲击疲劳试验获取概率疲劳寿命曲线，应用样本聚集原理，通过小样本冲击疲劳试验数据拟合概率疲劳寿命曲线；在冲击疲劳概率寿命计算方面，通过冲击疲劳概率寿命曲线获得各载荷循环在给定存活度下的概率疲劳寿命，应用累积损伤理论计算在给定载荷历程下的概率疲劳总损伤，据此评估危险部位在给定冲击载荷历程下的冲击疲劳概率寿命

【技术实现步骤摘要】
一种冲击疲劳概率寿命评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及冲击疲劳寿命评估
，特别是涉及一种冲击疲劳概率寿命评估方法及系统
。

技术介绍

[0002]冲击疲劳是指材料或结构在多次冲击载荷作用下，薄弱部位逐渐产生损伤并累积，经过一定次数冲击后产生裂纹并扩展，直至完全断裂的现象
。
在冲击过程中，载荷的持续时间比较短
、
速度快，单次冲击载荷造成结构微损伤，随着冲击载荷多次加载，结构的微损伤会逐步累积，最终产生宏观裂纹，导致结构失效
。
[0003]冲击疲劳本质上属于疲劳失效，为了评价和估算疲劳寿命，需要建立载荷与材料寿命之间的关系，反映这种关系的曲线为
S
‑
N
曲线
。
用常规方法做出的
S
‑
N
曲线，只能代表中值疲劳寿命与应力水平间的关系
(
即存活率为
50
％
)
，要得到各种存活率下的疲劳寿命与应力水平间的关系，则必须用
P
‑
S
‑
N
曲线
。
在利用对数正态分布或威布尔分布求出不同应力水平下的
P
‑
N
曲线以后，将不同存活率下的数据点分别相连，即可得出一族
S
‑
N
曲线，其中的每条曲线，分别代表某一不同存活率下的应力
‑
寿命关系
。
这种以应力为纵坐标
、
以存活率的疲劳寿命为横坐标，所绘出的一族存活率
‑
应力
‑
寿命曲线，成为
P
‑
S
‑
N
曲线
。
[0004]为了评估材料或结构的冲击疲劳寿命，需要通过冲击疲劳试验获得大量的冲击疲劳寿命数据，使用寿命数据拟合冲击疲劳的
P
‑
S
‑
N
曲线，基于
P
‑
S
‑
N
曲线进行冲击疲劳概率寿命评估
。
由于冲击载荷的特殊性，冲击疲劳试验通常难以实现高频加载，导致冲击疲劳试验需要较长的时间和较多的成本，限制了
P
‑
S
‑
N
曲线的拟合精度，进而影响了构件疲劳可靠性的准确性
。
利用小样本试验数据充分提取随机变量信息，对提高疲劳构件可靠性评估精度具有重要理论价值和应用价值
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种冲击疲劳概率寿命评估方法及系统，通过样本信息聚集原理，将小样本冲击疲劳试验数据扩充至大样本数据，根据样本数据拟合冲击疲劳概率寿命曲线，显著减少了冲击疲劳试验的时间和成本，具有较好的工程实用性，解决了常规的冲击疲劳寿命评估方法的试验周期长
、
成本高等问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种冲击疲劳概率寿命评估方法，该方法包括以下步骤：
[0008]1)
，制备若干相同的试件，将试件分组，分别在不同应力水平下进行冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据；
[0009]2)
，根据冲击疲劳寿命数据拟合对数寿命均值
‑
对数应力直线方程，获得不同应力水平的对数寿命均值，同时，确定对数寿命标准差
‑
应力水平关系，获得不同应力水平的对数寿命标准差；
[0010]3)
，根据材料性能
‑
疲劳寿命概率映射原理，基于不同应力水平的对数寿命均值
、
对数寿命标准差，将任一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据转换成另一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据，得到当量大样本数据；
[0011]4)
，基于当量大样本数据，进行寿命分布参数估计和
P
‑
S
‑
N
曲线方程拟合；
[0012]5)
，对于给定的冲击载荷历程，通过循环计数获得若干冲击应力循环，应用
P
‑
S
‑
N
曲线计算各个冲击应力循环所对应的概率疲劳寿命，应用累积损伤理论计算在给定冲击载荷历程下的概率疲劳总损伤，进而计算出各危险点在给定冲击载荷历程下的冲击疲劳概率寿命
。
[0013]进一步地，所述步骤
1)
中，制备若干相同的试件，将试件分组，分别在不同应力水平下进行冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据，具体包括：
[0014]选取4级不同应力水平，在最高应力水平下进行
15
个试件的冲击疲劳寿命试验，在剩余应力水平下分别进行5个试件的冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据
。
[0015]进一步地，所述步骤
2)
中，对数寿命均值
‑
对数应力直线方程的表达式为：
[0016][0017]式中，为对数寿命均值；
σ
为应力；
C
m
和
m
m
为
50
％存活率下的材料
S
‑
N
曲线系数；
[0018]对数寿命标准差
‑
应力水平关系的表达式为：
[0019]s(
σ
j
)
＝
s(
σ1)+K(
σ1‑
σ
j
)
[0020]式中，
K
为对数寿命标准差
‑
应力水平关系直线的斜率；
σ1表示最高应力水平的应力值；
σ
j
表示应力水平
j
的应力值
。
[0021]进一步地，所述步骤
3)
中，材料性能
‑
疲劳寿命概率映射原理的表达式为：
[0022]p(n
ji
)
＝
p(n
ki
)
[0023]式中，
n
ji
为试件
i
在应力水平
j
下的对数寿命；
n
ki
为试件
i
在应力水平
k
下的对数寿命；
[0024]p(n
ji
)
表示在应力水平
j
下对数寿命小于
n
ji
的概率，其表达式为：
[0025]p(n
ji
)
＝
p(N
j
＜
n
ji
)
[0026]p(n
ki
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种冲击疲劳概率寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
，制备若干相同的试件，将试件分组，分别在不同应力水平下进行冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据；
2)
，根据冲击疲劳寿命数据拟合对数寿命均值
‑
对数应力直线方程，获得不同应力水平的对数寿命均值，同时，确定对数寿命标准差
‑
应力水平关系，获得不同应力水平的对数寿命标准差；
3)
，根据材料性能
‑
疲劳寿命概率映射原理，基于不同应力水平的对数寿命均值
、
对数寿命标准差，将任一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据转换成另一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据，得到当量大样本数据；
4)
，基于当量大样本数据，进行寿命分布参数估计和
P
‑
S
‑
N
曲线方程拟合；
5)
，对于给定的冲击载荷历程，通过循环计数获得若干冲击应力循环，应用
P
‑
S
‑
N
曲线计算各个冲击应力循环所对应的概率疲劳寿命，应用累积损伤理论计算在给定冲击载荷历程下的概率疲劳总损伤，进而计算出各危险点在给定冲击载荷历程下的冲击疲劳概率寿命
。2.
根据权利要求1所述的冲击疲劳概率寿命评估方法，其特征在于，所述步骤
1)
中，制备若干相同的试件，将试件分组，分别在不同应力水平下进行冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据，具体包括：选取4级不同应力水平，在最高应力水平下进行
15
个试件的冲击疲劳寿命试验，在剩余应力水平下分别进行5个试件的冲击疲劳寿命试验，获取冲击疲劳寿命数据
。3.
根据权利要求1所述的冲击疲劳概率寿命评估方法，其特征在于，所述步骤
2)
中，对数寿命均值
‑
对数应力直线方程的表达式为：式中，为对数寿命均值；
σ
为应力；
C
m
和
m
m
为
50
％存活率下的材料
S
‑
N
曲线系数；对数寿命标准差
‑
应力水平关系的表达式为：
s(
σ
j
)
＝
s(
σ1)+K(
σ1‑
σ
j
)
式中，
K
为对数寿命标准差
‑
应力水平关系直线的斜率；
σ1表示最高应力水平的应力值；
σ
j
表示应力水平
j
的应力值
。4.
根据权利要求3所述的冲击疲劳概率寿命评估方法，其特征在于，所述步骤
3)
中，材料性能
‑
疲劳寿命概率映射原理的表达式为：
p(n
ji
)
＝
p(n
ki
)
式中，
n
ji
为试件
i
在应力水平
j
下的对数寿命；
n
ki
为试件
i
在应力水平
k
下的对数寿命；
p(n
ji
)
表示在应力水平
j
下对数寿命小于
n
ji
的概率，其表达式为：
p(n
ji
)
＝
p(N
j
＜
n
ji
)p(n
ki
)
表示在应力水平
j
下对数寿命小于
n
ki
的概率，其表达式为：
p(n
ki
)
＝
p(N
j
＜
n
ki
)。5.
根据权利要求4所述的冲击疲劳概率寿命评估方法，其特征在于，所述步骤
3)
中，基于不同应力水平的对数寿命均值
、
对数寿命标准差，将任一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据转换成另一个应力水平上的冲击疲劳寿命数据，得到当量大样本数据，具体包括：
对于服从正态分布
N(
μ
,s2)
的对数疲劳寿命随机变量
N
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵松涛，战庆欣，高长伟，蔡庆义，韩莹莹，赵明达，左晓镭，黄莹莹，孙侨，王天昊，
申请(专利权)人：哈尔滨广瀚动力传动有限公司，
类型：发明
国别省市：