【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料性能测试，具体为一种不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法。
技术介绍
1、金属疲劳是构件最常见的失效形式，据统计，在机械零件失效中大约有80％以上属于疲劳破坏。而构件在疲劳破坏前没有明显的宏观变形，且断裂破坏具有突然性，这就导致疲劳破坏难以被人们发现并且事故经常突发。因此，对构件材料疲劳强度的预测对于工业生产具有重要意义。
2、专利申请cn 110069858 a中，公开了一种金属材料不同温度条件下高周疲劳性能的预测方法，属于材料科学与工程应用
该方法首先在不同温度下进行高周疲劳测试，获得s-n曲线；通过basquin关系拟合建立疲劳强度系数σ′f、疲劳强度指数b分别与温度t的关系，并获得相关参数；将建立的关系代入basquin方程建立应力幅σa、疲劳寿命nf和温度三者之间的定量关系，进而预测金属材料在不同温度下的高周疲劳性能。该方法效率低、预测不准确。
3、专利申请cn 116359035 a中，公开了一种用于马氏体耐热钢蠕变疲劳行为的预测方法及系统，涉及高温蠕变疲劳性能评估
，包括：通过采集含铜马氏体耐热钢在试验过程中的微观结构演化，获取各个基于微观组织演化的循环强度变化率，并计算含铜马氏体耐热钢在位错攀移硬质相时的蠕变速率，以及在循环载荷条件下的位错密度；基于循环强度变化率、蠕变速率和位错密度，通过获取含铜马氏体耐热钢的弹性应变张量、塑性应变张量以及蠕变应变张量，根据弹性模量张量，预测含铜马氏体耐热钢在循环载荷条件下的应力应变演化；但是未能很好解决宏观
4、专利申请cn111044349a中，公开了一种高强度钢低温超高周疲劳寿命预测方法，所述专利技术采用低温超声疲劳试验，基于断裂力学理论，引入反映低温环境的参数，建立材料的低温超高周疲劳寿命方程，定量评价不同低温环境下的高强度钢超高周疲劳寿命。但是不能准确评估高强度钢低温超高周疲劳寿命。
5、工程领域上，服役构件一直受到加载力的作用，并且在不同工况下也将受到不同的应力。因此，平均应力对构件性能的影响是避免不了的问题，尤其对疲劳强度的影响是极大的。早在19世纪70年代，就有学者和工程师们发现了这一问题，并基于经验陆续建立了一系列描述平均应力对材料疲劳性能影响的模型。1970年，waler提出了更为准确的模型，通过引入参数较好预测材料在不同平均应力的疲劳强度。
6、随着时代的发展和科技的提高，超高强度材料和高水平制备工艺出现，学者们发现仅描述平均应力和疲劳强度关系的模型并不能满足需求。近年，pang等人基于拉伸性能提出p-c模型，可较好描述材料在同种平均应力条件下的抗拉强度与疲劳强度的变化，应用强度范围广，对超高强度水平的材料仍可有效预测。因此，结合p-c模型，建立多种不同平均应力条件下的描述材料抗拉强度与疲劳强度的关系将具有重要意义。
7、由于疲劳测试特别是高温疲劳测试费时、费力、费钱，在构件设计制备中如不能采用全面准确的疲劳数据或疲劳性能预测本构关系，会极大程度增加构件服役成本，降低构件服役安全性，并产生难以挽回的损失。因此，亟待一种真正实现各强度材料在不同平均应力下的高效预测方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，为了降低成本并提高效率，本专利技术提供了一种不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法。该方法利用了p-c模型的抗拉强度与疲劳强度本征联系和walker模型的平均应力对疲劳强度影响关系，仅仅通过少量测试数据即可有效预测。该方法减少材料的设计成本和工艺选择过程中的试错，可真正实现各强度材料在不同平均应力下的高效预测。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、本专利技术提供一种不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，该方法具体包括如下步骤：
4、(1)对待测金属材料的不同强度或组织的试样进行测试，获得抗拉强度值；
5、(2)对待测金属材料的多组不同强度或组织的材料进行测试，获得每组材料在对称轴向载荷的疲劳强度值和至少一个在非对称轴向载荷下的疲劳强度值；
6、(3)分别计算多组不同强度材料的对称轴向载荷的疲劳强度与抗拉强度的比值，与对应材料的抗拉强度值进行拟合，得到第一参数和第二参数；
7、(4)计算同组强度在应力比下的非对称轴向载荷下的疲劳强度与对称轴向载荷的疲劳强度的比值，与对应应力比进行拟合，得到第三参数；
8、(5)将多组不同强度材料的第三参数值与对称轴向载荷疲劳强度/抗拉强度值进行拟合，获得第四参数和第五参数；
9、(6)通过步骤(3)与(5)获得的第一参数、第二参数、第四参数和第五参数，计算求得待测强度为该抗拉强度的金属材料在应力比下的疲劳强度值。
10、作为上述技术方案的改进之一，步骤(1)中，同类别的待测金属材料至少选择两种不同强度的样品进行测试；同类别材料为相同金属经过不同热加工、制备工艺处理后具有不同强度的材料；每种强度材料需要至少三个样品获取抗拉强度。
11、作为上述技术方案的改进之一，步骤(2)中，疲劳强度测试需与步骤(1)中拉伸测试保持相同环境条件。
12、作为上述技术方案的改进之一，步骤(2)中，同强度材料需1-2个非对称轴向载荷的疲劳强度；疲劳强度测试需3对以上升降法的应力幅值参与计算。
13、作为上述技术方案的改进之一，步骤(1)中对待测金属材料的不同强度或组织的试样进行轴向拉伸测试，获得抗拉强度σb。
14、作为上述技术方案的改进之一，步骤(2)中对待测金属材料的多组不同强度或组织的材料进行疲劳强度测试，获得每组材料在对称轴向载荷疲劳强度σ-1，其中，应力比r＝-1，和至少一个在非对称轴向载荷条件下的疲劳强度σw，其中，应力比r≠-1。
15、作为上述技术方案的改进之一，步骤(3)中分别计算多组不同强度材料的σ-1/σb值，与对应材料的σb值利用公式(1)拟合，得到第一参数c和第二参数p；
16、
17、作为上述技术方案的改进之一，步骤(4)中计算同组强度在r下的σw/σ-1值，与对应r利用公式(2)拟合，得到第三参数m；
18、
19、作为上述技术方案的改进之一，步骤(5)将多组不同强度材料的m值与σ-1/σb通过公式(3)进行拟合，获得第四参数m0和第五参数k；
20、
21、作为上述技术方案的改进之一，步骤(6)中将步骤(3)与(5)获得的参数c、p、m0和k代入公式(4)中，可计算求得待测强度为σb的金属材料在应力比r下的疲劳强度值σw；
22、
23、本专利技术的预测方法适用材料强度范围广，可预测超高强度合金材料在各平均应力的疲劳强度；根据参数c和p的变化，可描述疲劳强度与抗拉强度的联系。
24、本专利技术的预测方法适用加载环境多，根据m0和k的变化，可描述材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，该方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(1)中，同类别的待测金属材料至少选择两种不同强度的样品进行测试；同类别材料为相同金属经过不同热加工、制备工艺处理后具有不同强度的材料；每种强度材料需要至少三个样品获取抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(2)中，疲劳强度测试需与步骤(1)中拉伸测试保持相同环境条件。
4.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(2)中，同强度材料需1-2个非对称轴向载荷的疲劳强度；疲劳强度测试需3对以上升降法的应力幅值参与计算。
5.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(1)中对待测金属材料的不同强度或组织的试样进行轴向拉伸测试，获得抗拉强度σb。
6.根据权利要求5所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲
7.根据权利要求6所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(3)中分别计算多组不同强度材料的σ-1/σb值，与对应材料的σb值利用公式(1)拟合，得到第一参数C和第二参数P；
8.根据权利要求7所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(4)中计算同组强度在R下的σw/σ-1值，与对应R利用公式(2)拟合，得到第三参数m；
9.根据权利要求8所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(5)将多组不同强度材料的m值与σ-1/σb通过公式(3)进行拟合，获得第四参数m0和第五参数k；
10.根据权利要求9所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(6)中将步骤(3)与(5)获得的参数C、P、m0和k代入公式(4)中，可计算求得待测强度为σb的金属材料在应力比R下的疲劳强度值σw；
...【技术特征摘要】
1.一种不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，该方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(1)中，同类别的待测金属材料至少选择两种不同强度的样品进行测试；同类别材料为相同金属经过不同热加工、制备工艺处理后具有不同强度的材料；每种强度材料需要至少三个样品获取抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(2)中，疲劳强度测试需与步骤(1)中拉伸测试保持相同环境条件。
4.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(2)中，同强度材料需1-2个非对称轴向载荷的疲劳强度；疲劳强度测试需3对以上升降法的应力幅值参与计算。
5.根据权利要求1所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(1)中对待测金属材料的不同强度或组织的试样进行轴向拉伸测试，获得抗拉强度σb。
6.根据权利要求5所述的不同强度金属材料在各平均应力下疲劳强度的预测方法，其特征在于：步骤(2)中对待测...
【专利技术属性】
技术研发人员：麻衡，高崇，王中学，庞建超，何康，张哲峰，王月香，张佩，王腾飞，李艳，张庆普，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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