【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及十字型试样优化，特别是涉及一种十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法。
技术介绍
1、承压结构在实际工程应用中多处于多轴应力状态，通常是平面双轴或拉扭多轴应力，一旦结构内部出现微缺陷，在多轴应力的作用下，微裂纹可能会快速扩展，导致结构发生疲劳失效。因此，开展多轴疲劳小裂纹扩展行为研究对于保障承压结构的长周期安全服役具有重要理论及工程意义。然而，目前多轴疲劳研究主要是利用薄壁圆棒状试样，研究材料在拉扭复合载荷加载下的疲劳性能和宏观疲劳裂纹扩展行为，缺乏平面双轴疲劳小裂纹扩展行为研究。
2、设计良好的十字型试件是双轴疲劳小裂纹扩展试验取得成功的关键。现有的国家标准化指导性技术文件gb/z 40387，给出了两类十字型试样分别用于研究低周疲劳行为和疲劳裂纹扩展行为；但是，该标准中十字型试样中心为宏观穿透裂纹，仅适用于宏观疲劳裂纹扩展行为的研究，并不适用于小裂纹扩展行为的研究，两个主方向拉伸载荷容易产生交互影响，无法保证中心标距区应力应变的均匀性。现有的双轴拉伸试验国际标准iso/cd16842，标准中试样形状在很长一段时间内被广泛用于研究材料的本构模型和成形极限，但是该标准中的试样中心区并没有对试样的中心标距区做特殊设计，实际试验过程中应力集中容易出现在拐角处，导致在试验过程中拐角处最先开裂。
3、因此，本专利技术通过有限元模拟方法分析讨论十字型试样开缝工艺、中心过渡区倒角对于试样中心区域应力场的影响，结合试验需求获取优化的设计方案，并利用试验验证了所设计的试样满足平面双轴疲劳小裂纹试验需求。p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，采用十字臂上均匀开缝和中心过渡区建立倒角两种方法，对传统十字型双轴试样进行优化。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，包括：
4、获取初始试样，确定开缝参数组，根据所述初始试样以及所确定的开缝参数组，构建若干个三维有限元模型；
5、对所述若干个三维有限元模型进行双轴拉伸模拟，获取最优开缝参数；
6、设置不同倒角半径，根据所述最优开缝参数和不同倒角半径，构建不同倒角半径的三维有限元模型，对所述不同倒角半径的三维有限元模型进行双轴拉伸模拟，获取最优倒角半径；
7、基于最优开缝参数和所述最优倒角半径，获取优化十字型双轴疲劳小裂纹试样。
8、可选地，所述开缝参数组中的开缝参数包括：缝的数目、缝的长度、缝的宽度和缝尖端到试样中心的距离。
9、可选地，确定所述开缝参数组包括：
10、采用控制变量法每次改变开缝参数中的一个参数，其他参数不变，从而获取若干个开缝参数组。
11、可选地，所述若干个三维有限元模型包括：不同开缝数的三维有限元模型、不同开缝长度的三维有限元模型、不同开缝宽度的三维有限元模型和不同开缝尖端到试样中心的距离的三维有限元模型。
12、可选地，构建所述若干个三维有限元模型后包括：设置网格尺寸，根据所设置的网格尺寸，对所述若干个三维有限元模型进行网格划分。
13、可选地，获取所述最优开缝参数包括：
14、对网格划分后的若干个三维有限元模型进行双轴拉伸模拟，获取若干个所述三维有限元模型的mises应力和切应力分布；
15、对比不同开缝数的三维有限元模型的mises应力和切应力分布，获取最优开缝数，对比不同开缝长度的三维有限元模型的mises应力和切应力分布，获取最优不同开缝长度，对比不同开缝宽度的三维有限元模型的mises应力和切应力分布，获取最优开缝宽度，对比不同开缝尖端到试样中心的距离的三维有限元模型的mises应力和切应力分布，获取最优开缝尖端到试样中心的距离。
16、可选地，所述网格尺寸包括：试样中心的网格总体尺寸和剩余部分的网格尺寸。
17、本专利技术的有益效果为：
18、本专利技术通过臂上开缝的方式降低了十字型试样加载臂倒角处的应力集中，提高中心区域应力，避免裂纹从加载臂倒角处萌生，导致试验失败，并且通过有限元分析得出，开缝数越多，拐角处的应力明显下降，中心区域应力水平呈上升趋势；此外，通过有限元分析还发现随着倒角半径值的减小中心区域的总体应力水平也有一定的提升。
19、针对目前多轴疲劳试样仅适用于宏观裂纹研究的问题，本专利技术通过有限元分析和实际试验确保了试样在引入微缺陷后，缺陷处的应力值最高，可以应用于双轴疲劳小裂纹扩展行为研究。
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1.一种十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，所述开缝参数组中的开缝参数包括：缝的数目、缝的长度、缝的宽度和缝尖端到试样中心的距离。
3.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，确定所述开缝参数组包括：
4.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，所述若干个三维有限元模型包括：不同开缝数的三维有限元模型、不同开缝长度的三维有限元模型、不同开缝宽度的三维有限元模型和不同开缝尖端到试样中心的距离的三维有限元模型。
5.根据权利要求4所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，构建所述若干个三维有限元模型后包括：设置网格尺寸，根据所设置的网格尺寸，对所述若干个三维有限元模型进行网格划分。
6.根据权利要求5所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，获取所述最优开缝参数包括：
7.根据权利要求5所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优
...【技术特征摘要】
1.一种十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，所述开缝参数组中的开缝参数包括：缝的数目、缝的长度、缝的宽度和缝尖端到试样中心的距离。
3.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，确定所述开缝参数组包括：
4.根据权利要求1所述的十字型双轴疲劳小裂纹试样的优化设计方法，其特征在于，所述若干个三维有限元模型包括：不同开缝数的三维有限元模型、不同开缝长度的三维有限元模型、不同开...
【专利技术属性】
技术研发人员：常乐，李菁蔚，周昌玉，赵金玲，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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