非线性高低周复合疲劳寿命预测方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：获取基于疲劳试验得到的不同载荷条件下的试验循环次数，并对其进行函数拟合，得到金属材料的低周疲劳寿命S

【技术实现步骤摘要】
非线性高低周复合疲劳寿命预测方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及航空
中的金属材料疲劳寿命预测，尤其是涉及一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]疲劳破坏是机械零件和工程构件的主要失效形式之一，疲劳破坏问题中的寿命预测被重点关注，寿命预测是结构设计过程中不可缺少的内容。疲劳寿命的影响因素很多，针对此类问题，比较常用的方法有名义应力法和局部应力应变法。然而，因方法本身的局限性，此类方法对高低周复合循环疲劳寿命的预测估算精度不高，预测寿命结果也不稳定。其主要原因，是涡轮叶片高低周复合循环中，在低周循环的基础上加入了高周循环，低周循环应力大小以及频率都会对机构寿命产生影响，同时引入的高周循环应力大小以及频率也对机构寿命产生了影响，两者叠加后的复合循环的寿命预测也就更加的复杂，这对寿命的准确预测造成了一定的难度。
[0003]专利CN109885920B公开了一种航空发动机涡轮叶片的高低周复合疲劳寿命预测方法，基于Miner线性模型，引入高周应力幅值、低周应力幅值、高周载荷频率和低周载荷频率四个特征量，对高低周符合寿命进行预测。但是此方法由于基于的是Miner线性模型，该模型由于线性叠加假设和应力之间互不影响假设，导致了试验与理论有一定误差，理论预测寿命结果比试验寿命结果偏危险。而现有Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型高低周复合疲劳寿命的预测方法引入的系数不够全面，得到的寿命预测方法计算的结果误差大，疲劳寿命预测的危险系数高，不利于航空
中金属材料疲劳寿命预测使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，提高复合寿命预测准确性，降低预测危险性。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：
[0007]获取基于疲劳试验得到的不同载荷条件下的试验循环次数，并对其进行函数拟合，得到金属材料的低周疲劳寿命S
‑
N曲线，其中，低周疲劳寿命S
‑
N曲线的横坐标为疲劳寿命，纵坐标为最大应力；
[0008]根据低周疲劳寿命S
‑
N曲线确定复合循环中低周循环应力对应的纯低周疲劳寿命；
[0009]计算高低周复合循环中高周循环和低周循环的频率比与应力幅值比；
[0010]基于纯低周疲劳寿命、频率比和应力幅值比建立Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型；
[0011]基于频率比、应力幅值比与安全系数修正Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型得到修正非线性模型，并利用所述修正非线性模型进行寿命预测，其中，所述安全系数基于频率
比确定。
[0012]所述函数拟合采用最小二乘法。
[0013]所述低周疲劳寿命S
‑
N曲线为：
[0014]σ
m
N＝C
[0015]其中，m,C为材料常数，σ为最大应力，N为疲劳寿命。
[0016]所述根据低周疲劳寿命S
‑
N曲线确定纯低周疲劳寿命N
LCF
为：
[0017]mlgσ
m
+lgN
LCF
＝lgC
[0018]其中，m,C为材料常数，σ
m
为低周疲劳的平均应力。
[0019]所述基于纯低周疲劳寿命、频率比和应力幅值比建立Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型为：
[0020][0021]其中，N
CCF
为高低周复合疲劳寿命，n为频率比，f
L
为低周循环频率，f
H
为高周循环频率，α为应力幅值比，Δσ
L
为低周疲劳应力范围，Δσ
H
为高周疲劳应力范围，γ为材料常数，N
LCF
为纯低周疲劳寿命。
[0022]所述材料常数γ根据参数文献DETERMINATION OF LIFE UNDER TWO
‑
FREQUENCY LOADING对于不同材料推荐的取值范围为1.3
‑
1.7。
[0023]所述基于频率比、应力幅值比与安全系数修正Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型为：
[0024][0025]其中，为安全系数。
[0026]所述高周循环和低周循环的频率比与应力幅值比确定方法为：基于高低周复合循环比确定高周循环和低周循环的频率比，基于高低周复合循环载荷谱确定高周疲劳载荷的应力范围与低周疲劳载荷的应力范围的比值，所述比值即为高周循环和低周循环的应力幅值比，其中，所述高低周复合疲劳载荷由低周疲劳载荷与叠加在低周疲劳载荷峰值上的高周正弦载荷构成，所述高低周复合循环比为一个低周载荷循环叠加的高周循环载荷个数。
[0027]一种非线性高低周复合疲劳寿命预测装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的方法。
[0028]一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现如上述所述的方法。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030](1)本专利技术基于Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型引入频率比和应力幅值比这两个影响因素，克服了原模型引入系数不够全面的问题，提高了寿命预测结果的准确性。
[0031](2)本专利技术在模型基础上引入安全系数，降低了疲劳寿命预测的危险性，提高了金属材料疲劳寿命预测的可靠性。
[0032](3)本专利技术通过纯低周循环疲劳寿命，计算出高低周复合循环疲劳寿命，无需对高
周循环疲劳寿命进行复杂计算，降低了疲劳寿命预测的试验难度，减少了疲劳寿命预测的计算量，预测效率高。
[0033](4)本专利技术基于的S
‑
N曲线、纯低周循环疲劳寿命、频率比和应力幅值比确认方法简单，对绝大部分金属材料结构均可适用，适用范围广。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的方法流程图；
[0035]图2为高低周复合循环载荷谱示意图；
[0036]图3为45钢的纯低周疲劳试验结果及S
‑
N曲线图；
[0037]图4为45钢预测寿命与试验结果对比图；
[0038]图5为LY12
‑
CZ铝合金的纯低周疲劳试验结果及S
‑
N曲线图；
[0039]图6为LY12
‑
CZ铝合金预测寿命与试验结果对比图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取基于疲劳试验得到的不同载荷条件下的试验循环次数，并对其进行函数拟合，得到金属材料的低周疲劳寿命S
‑
N曲线，其中，低周疲劳寿命S
‑
N曲线的横坐标为疲劳寿命，纵坐标为最大应力；根据低周疲劳寿命S
‑
N曲线确定复合循环中低周循环应力对应的纯低周疲劳寿命；计算高低周复合循环中高周循环和低周循环的频率比与应力幅值比；基于纯低周疲劳寿命、频率比和应力幅值比建立Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型；基于频率比、应力幅值比与安全系数修正Trufyakov
‑
Kovalchuk非线性模型得到修正非线性模型，并利用所述修正非线性模型进行寿命预测，其中，所述安全系数基于频率比确定。2.根据权利要求1所述的一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述函数拟合采用最小二乘法。3.根据权利要求1所述的一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述低周疲劳寿命S
‑
N曲线为：σ
m
N＝C其中，m,C为材料常数，σ为最大应力，N为疲劳寿命。4.根据权利要求1所述的一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述根据低周疲劳寿命S
‑
N曲线确定纯低周疲劳寿命N
LCF
为：m lgσ
m
+lg N
LCF
＝lgC其中，m,C为材料常数，σ
m
为低周疲劳的平均应力。5.根据权利要求1所述的一种非线性高低周复合疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述基于纯低周疲劳寿命、频率比和应力幅值比建立Truf...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓玮，刘朋帅，侯军，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：