一种基于局部应力应变法的低周疲劳和高强度冲击耦合的损伤计算方法技术

一种基于局部应力应变法的低周疲劳和高强度冲击耦合的损伤计算方法，其步骤是：1.分析疲劳载荷谱，对多级变幅疲劳载荷谱中的每一级，计算名义应力应变，并转换成局部应力应变；2.计算不受冲击影响时，每级疲劳载荷局部应变对应的疲劳寿命和损伤；3.计算受到冲击，并在影响范围内时，每级疲劳载荷局部应变对应的疲劳寿命和损伤，考虑冲击到达的疲劳循环单元内的概率损伤；4.计算受到疲劳累积损伤影响的冲击性能；5.计算综合可靠度。与传统疲劳损伤计算方法相比，本发明专利技术考虑了高强度冲击对疲劳损伤的影响、冲击直接导致的断裂失效对产品寿命的影响及疲劳累积损伤对产品抗冲击性能的影响，能更好地对复杂环境下产品的疲劳-冲击寿命和可靠度做出评估。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种基于局部应力应变法的低周疲劳和高强度冲击耦合的损伤计算方法，其特征在于：它在下列假设条件下进行：假设1变幅疲劳载荷谱由m级大小不同的载荷组成，Si级对应的循环次数为Ni，一个循环单元总的循环次数为L；假设2冲击载荷随机到达，其服从参数为λ的泊松分布，其中λ表示每个疲劳循环即t=1内达到冲击的次数为λ次，冲击平均应变率为，应力幅值为Sc，冲击影响的持续时间为Ns，由冲击载荷决定，而且遇到新的疲劳载荷级时，冲击影响归零；假设3断裂韧性的原始估算公式为KIC=0.32πEσfϵfρc---(1)式中ρc是裂纹尖端临界钝化半径，对于具有板条马氏体的高强度钢，ρc数值上等于形变硬化指数；对于具有片状马氏体和板条马氏体混合组织的高强度钢，ρc数值上等于奥氏体晶粒直径或均匀延伸率，σf和εf分别为真实断裂强度和真实断裂延性；假设4判断是否发生断裂失效的标准为断裂韧性与应力强度因子K1之间的关系，如下式成立则发生冲击失效：KIC(t)≥K1????????????????????????（2）其中，ac为发生断裂破坏时的临界裂纹长度，KIC(t)为t时刻断裂韧性；基于上述假设，该基于局部应力应变法的低周疲劳和高强度冲击耦合的损伤计算方法，其具体步骤如下：步骤一：分析疲劳载荷谱，对多级变幅疲劳载荷谱中的每一级，计算名义应 力应变(S1,e1),(S2,e2),...,(Sm,em)，并转换成局部应力应变(σ1,ε1),...,(σm,εm)；有两种方法完成从名义应力应变到局部应力应变的转换：（1）修正的诺埃伯即Neuber）法首先利用以下公式求出名义应力范围△S对应的名义应变范围△eΔe2=ΔS2E+(ΔS2K′)1/n′---(3)式中，K“为循环强度系数，n“为循环应变硬化指数；在平面应力状态下，局部应变范围△ε和局部应力△e范围可按下式求解Δϵ=Δσ/2E+(Δσ/2K′)1/n′ΔϵΔσ=Kf2ΔeΔS若名义应力处于弹性范围，则第二个方程写成△ε△σ=Kf2△S2/E，式中，K“为循环强度系数，n“为循环应变硬化指数，Kf为疲劳缺口系数；（2）弹塑性有限元分析法如果有详细的产品几何模型和参数，则直接利用有限元分析软件得到局部应力应变，此时认为局部应力应变已知，不再解释有限元求解过程；步骤二：计算不受冲击影响时，每级疲劳载荷局部应变对应的疲劳寿命Nf1,Nf2,...,Nfm和损伤；每级疲劳载荷局部应变对应的寿命Nf直接从修正的△ε?2Nf曲线上查得，或通过修正后的曼森?科菲即Manson?Coffin公式（5）计算而得：εa＝(σ′f?σm)(2Nf)b/E+ε′f(2Nf)c????(5)式中，σ′f为疲劳强度系数，ε′f为疲劳延性系数，b和c分别为弹塑性指数，它们需要通过疲劳试验进行测定；在无试验数据时，用材料的静拉伸性能：抗拉强度σb、弹性模量E、真实断裂延性εf、真实断裂强度σf近似估算材料的疲劳性能数据，常用的估算方法有通用斜率法和四点关联法：（1）通用斜率法b=?0.12c=?0.6σ“f=1.75σb????（6）ε“f=0.5εf0.6（2）四点关联法b=?[0.0792+0.179log(σf/σb)]c=?0.52?0.25logεf+1/3log[1?81.8(σb/E)(σf/σb)0.179]????（7）σ“f=1.12σb(σf/σb)0.893ε“f=0.413εf[1?81.8(σb/E)(σf/σb)0.179]?1/3式(6)、(7)中，σ“f为疲劳强度系数，ε“f为疲劳延性系数，b和c分别为弹塑性指数，σb为抗拉强度、εf为真实断裂延性、σf为真实断裂强度、E为弹性模量；每级载荷对应的疲劳损伤可以通过疲劳累积损伤法则进行计算，常用的为迈纳即Miner累积法则：对于单个全循环对于单个半循环，损伤为全循环的一半对一个谱块中K个全循环造成的损伤为式中D为疲劳损伤，Nf为每级载荷对应的疲劳寿命；步骤三：计算受到冲击，并在影响范围内时，每级疲劳载荷局部应变对应的疲劳寿命和损伤，以及考虑冲击到达的疲劳循环单元内的概率损伤；受高强度冲击的影响，材料性能变化为：随着应变速率的增高，抗拉强度σb增加，真实断裂延性εf降低及后升高，真实断裂强度σf增...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云霞，陈红霞，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：