【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料寿命预测，具体为一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法。
技术介绍
1、随着航天仪器设备的迅速发展，其所面临的使用环境越来越复杂，特别是温度循环、振动、冲击等复杂服役环境以及长时间储存要求对仪器设备可靠性和耐久性提出了严峻的考验。锡铅钎料广泛用于航天仪器设备封装结构中(如焊点、引脚等结构)，主要承担信号联通与机械支撑双重作用，一旦失效可能造成器件甚至系统整体失效，成为影响仪器设备服役的关键因素。
2、锡铅钎料熔点温度较低，材料在室温环境下就会发生出明显的应力松弛和蠕变变形。在生产、运输、贮存、工作、值班等阶段受装置起停和温度波动等交变载荷以及稳态运行等恒定载荷共同作用，服役过程中伴随着严重的蠕变-疲劳载荷交互作用，而研究表明，蠕变-疲劳交互作用下材料寿命远低于单一疲劳或蠕变机制下的材料寿命，这对封装结构寿命设计和预测方法提出了新的挑战。现已成为制约航天仪器设备可靠性与耐久性发展的瓶颈。
3、针对上述中的相关技术，专利技术人认为存在以下缺陷：现有寿命预测方法主要存在以下问题：1、基于应变范围区分理论的蠕变疲劳寿命预测方法，建立在大量疲劳试验数据基础上，且需要对非弹性应变进行4种不同性质的区分，模型所需试验多、参数多且可操作性差，不利于工程应用；2、基于时间分数理论的蠕变-疲劳寿命预测方法，仅能预测保持时间内应力恒定的蠕变-疲劳寿命，针对存在应力松弛阶段的载荷条件，模型预测结果过于保守；3、现有的基于延性耗竭理论的蠕变-疲劳寿命预测方法，没有考虑加/卸载过程中(尤其是低应变率加/
技术实现思路
1、解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，解决了现有的蠕变-疲劳寿命预测方法难以实现复杂载荷条件下材料蠕变-疲劳寿命的快速、准确预测，不能满足仪器设备封装结构寿命设计和预测的相关需求的问题。
3、技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：
5、s1：对锡铅钎料进行不同形式的形变，然后锡铅钎料在不同形变下的疲劳寿命、蠕变延性以及应力松弛特性进行测量；
6、s2：基于s1中测量获得的数据确定锡铅钎料在manson-coffin方程、应力-应变加/卸载关系方程、蠕变延性演化方程、稳态蠕变本构方程以及fel tham应力松弛方程；
7、s3：将s1中测量获得的数据带入s2中manson-coffin方程，然后计算考虑幅值修正的锡铅钎料疲劳损伤值；
8、s4：将s1中测量获得的数据带入s2中应力-应变加/卸载关系方程，然后计算基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变损伤值；
9、s5：通过采用线性叠加的方法，对蠕变-疲劳载荷下锡铅钎料的疲劳损伤及蠕变损伤进行计算，然后建立适用于不同蠕变-疲劳载荷路径的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测模型；
10、通过输入蠕变-疲劳加载条件以及首个循环的应力峰谷值，以实现对锡铅钎料蠕变-疲劳寿命的预测。
11、进一步地，所述s1中测量锡铅钎料疲劳寿命、蠕变延性与应力松弛特性具体包括如下步骤：
12、(1)针对锡铅钎料开展不少于5个应变幅值下材料疲劳寿命试验，且保证试验应变加载率恒定，测量应力-应变加卸载关系；
13、(2)针对锡铅钎料开展蠕变试验，测量稳态蠕变应变率与蠕变延性、饱和应力的演化关系曲线；
14、(3)针对锡铅钎料开展应力松弛试验，测量应力随时间变化规律曲线。
15、进一步地，所述s2中的应力-应变加/卸载关系方程反映了循环载荷条件下归一化应力与应变间的关系，具体形式为：
16、
17、其中，σnor是归一化应力，为当前时刻应力值与当前应变率下饱和应力的比值，k为材料参数，是总应变率。
18、进一步地，所述s2中的稳态蠕变本构方程反映了饱和应力与非弹性应变率间的关系，其具体形式为：
19、
20、其中，σ*是饱和应力值，b、d和n是材料参数，是非弹性应变率。
21、进一步地，所述s3中的考虑幅值修正的锡铅钎料疲劳损伤计算方法具体为：
22、测量当前蠕变-疲劳载荷路径下材料的应力幅值与应变幅值；
23、带入考虑幅值修正的manson-coffin方程中计算疲劳寿命，方程具体形式如公式：
24、
25、所示；
26、将计算所得疲劳寿命带入公式：
27、
28、，得到当前载荷路径下锡铅钎料疲劳损伤值。
29、其中，δσcf和δε分别为蠕变-疲劳载荷路径下的应力幅值和应变幅值，δσf为与之相同应变幅值下疲劳载荷的应力幅值，e为弹性模量，σ′f、b、ε′f和c为manson-coffin的模型参数，df为蠕变-疲劳载荷路径下的疲劳损伤。
30、进一步地，所述s4中所述的基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变损伤计算方法包括如下步骤：
31、测量当前蠕变-疲劳载荷路径下材料的应力峰/谷值、应力松弛时间、加/卸载应变率和加/卸载时间；
32、然后将应力峰/谷值和应力松弛时间作为输入，计算得到应力松弛损伤分量；
33、然后将应力峰/谷值、加/卸载应变率和加卸载时间作为输入，计算得到蠕变损伤分量；
34、通过将松弛损伤分量dr与蠕变损伤分量df二者加和，计算得到锡铅钎料蠕变损伤。
35、进一步地，所述基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变损伤计算方法中蠕变损伤分量计算方程为：
36、
37、
38、其中，εf是锡铅钎料极限延伸率表征材料蠕变延性，d和β是锡铅钎料蠕变延性演化方程材料参数，b、d和n是稳态蠕变本构方程材料参数，是总应变加载率，σ*是当前应变加载率下材料饱和应力值，αp/v是峰/谷值修正系数，为当前蠕变-疲劳载荷路径峰/谷值与理论计算值的比值。
39、进一步地，所述s5中所述的蠕变疲劳寿命预测模型具体形式如下：
40、n＝(df+dr+df-df0)-1 {7}
41、其中，df0为蠕变损伤分量门槛值，具体计算方法如公式：
42、
43、所示，当应变率低于时，认为材料在循环加载过程中非弹性变形均为塑性变形即不发生蠕变损伤。
44、有益效果
45、本专利技术具有以下有益效果：
46、(1)、该基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，综合考虑了蠕变损伤与疲劳损伤对锡铅钎料寿命的影响，通过测量锡铅钎料疲劳寿命、蠕变延性与应力松弛特性，建本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S1中测量锡铅钎料疲劳寿命、蠕变延性与应力松弛特性具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S2中的应力-应变加/卸载关系方程反映了循环载荷条件下归一化应力与应变间的关系，具体形式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S2中的稳态蠕变本构方程反映了饱和应力与非弹性应变率间的关系，其具体形式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S3中的考虑幅值修正的锡铅钎料疲劳损伤计算方法具体为：
6.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S4中所述的基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变损伤计算方法包括如下步骤：
7.根据权
8.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述S5中所述的蠕变疲劳寿命预测模型具体形式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述s1中测量锡铅钎料疲劳寿命、蠕变延性与应力松弛特性具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述s2中的应力-应变加/卸载关系方程反映了循环载荷条件下归一化应力与应变间的关系，具体形式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于延性耗竭理论的锡铅钎料蠕变疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述s2中的稳态蠕变本构方程反映了饱和应力与非弹性应变率间的关系，其具体形式为：
【专利技术属性】
技术研发人员：邢睿思，王龙，宋俊柏，刘武刚，李尧，苏蕴荃，吴振强，侯传涛，任方，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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