專利名稱：多軸疲勞分析方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體材料的疲勞強(qiáng)度特性測試領(lǐng)域，特別涉及一種多軸疲勞分析技術(shù)。
背景技術(shù)：
多軸(含雙軸，以下統(tǒng)稱為多軸)疲勞是指多軸向應(yīng)力或應(yīng)變作用下的疲勞，也稱為復(fù)合疲勞。多軸疲勞損傷發(fā)生在多軸循環(huán)加載條件下，加載過程中有兩個或三個應(yīng)力(或應(yīng)變)分量獨(dú)立地隨時間發(fā)生周期性變化。這些應(yīng)力(應(yīng)變)分量的變化可以是同相位的，按比例的，也可以是非同相、非比例的。通常情況下，將多軸疲勞的問題等效為單軸疲勞問題來處理，這樣的計(jì)算結(jié)果偏于保守，同時，等效為單軸的方法沒有考慮到疲勞失效的裂紋的方向性，這種處理方法忽略了疲勞失效的內(nèi)在機(jī)理，從而不夠準(zhǔn)確。 多軸疲勞可以分為比例加載和非比例加載。至今多軸疲勞的壽命計(jì)算方法很多，在這些多軸疲勞算法中，至少需要兩個方向的載荷(幅值、均值)作為壽命計(jì)算的輸入條件，如何有效地從復(fù)雜的載荷時間歷程中獲得用于壽命計(jì)算的載荷循環(huán)計(jì)數(shù)是影響疲勞分析效果的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的雨流計(jì)數(shù)法技術(shù)能夠處理一組載荷數(shù)據(jù)的循環(huán)計(jì)數(shù)。不能在雨流循環(huán)計(jì)數(shù)之前進(jìn)行比例載荷和非比例載荷的判斷，無法有效地處理2組載荷變量之間的協(xié)同雨流循環(huán)計(jì)數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多軸疲勞分析方法及其系統(tǒng)，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計(jì)算過程。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式公開了一種多軸疲勞分析方法，包括以下步驟讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成；對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析；若分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命；若分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行本發(fā)明所提出的多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。本發(fā)明的實(shí)施方式還公開了一種多軸疲勞分析系統(tǒng)，包括以下模塊讀取模塊，用于讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成；分析模塊，用于對讀取模塊讀取的N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析；第一處理模塊，用于若分析模塊分析出的分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命；第二處理模塊，用于若分析模塊分析出的分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于先于疲勞分析進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，從而加快相關(guān)性分析結(jié)果大于預(yù)定門限的比例多軸數(shù)據(jù)組的疲勞壽命計(jì)算過程。將數(shù)據(jù)分析的技術(shù)應(yīng)用在確定疲勞計(jì)算的載荷處理上，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計(jì)算過程。
進(jìn)一步地，通過比較方差大小確定主軸載荷數(shù)據(jù)組和副軸載荷數(shù)據(jù)組，以便按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法，從而獲取損傷或壽命。進(jìn)一步地，在載荷數(shù)據(jù)相關(guān)性分析之前，先進(jìn)行主軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算，為比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理和為非比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法提供必要前提條件。進(jìn)一步地,在主軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算之后,再進(jìn)行副軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算，為非比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法提供必要前提條件，進(jìn)一步加快了疲勞分析速度。進(jìn)一步地，通過等效單軸處理方法，使得比例多軸載荷數(shù)據(jù)組可以按照單軸載荷數(shù)據(jù)處理，從而進(jìn)一步減少計(jì)算量和增加準(zhǔn)確性。


圖I是本發(fā)明第一實(shí)施方式中一種多軸疲勞分析方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式中一種多軸疲勞分析方法的載荷數(shù)據(jù)組示意圖；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施方式中一種多軸疲勞分析方法的流程示意圖；圖4是本發(fā)明第三實(shí)施方式中一種多軸疲勞分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第四實(shí)施方式中一種多軸疲勞分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一種多軸疲勞分析方法。圖I是該多軸疲勞分析方法的流程示意圖。該多軸疲勞分析方法包括以下步驟讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成。
對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析。若分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。若分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。先于疲勞分析進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，從而加快相關(guān)性分析結(jié)果大于預(yù)定門限的比例多軸數(shù)據(jù)組的疲勞壽命計(jì)算過程。將數(shù)據(jù)分析的技術(shù)應(yīng)用在確定疲勞計(jì)算的載荷處理上，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計(jì)算過程。 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，如圖I所示，該多軸疲勞分析方法包括以下步驟在步驟101中，讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成。此后進(jìn)入步驟102，對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析。此后進(jìn)入步驟103，判斷上述相關(guān)性分析結(jié)果是否大于預(yù)定門限。若大于，則進(jìn)入步驟104 ;否則進(jìn)入步驟106。在步驟104中，若分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理。此后進(jìn)入步驟105，對等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命，此后結(jié)束本流程。在步驟106中，若分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理。此后進(jìn)入步驟107，按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命，此后結(jié)束本流程。本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種多軸疲勞分析方法。圖3是該多軸疲勞分析方法的流程示意圖。第二實(shí)施方式在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要改進(jìn)之處在于通過比較方差大小確定主軸載荷數(shù)據(jù)組和副軸載荷數(shù)據(jù)組，以便按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法，從而獲取損傷或壽命。在載荷數(shù)據(jù)相關(guān)性分析之前，先進(jìn)行主軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算，為比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理和為非比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法提供必要前提條件。在主軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算之后，再進(jìn)行副軸載荷數(shù)據(jù)組的參數(shù)計(jì)算，為非比例載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法提供必要前提條件，進(jìn)一步加快了疲勞分析速度。通過等效單軸處理方法，使得比例多軸載荷數(shù)據(jù)組可以按照單軸載荷數(shù)據(jù)處理，從而進(jìn)一步減少計(jì)算量和增加準(zhǔn)確性。具體地說在對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析的步驟之前，還包括以下步驟統(tǒng)計(jì)并計(jì)算N組載荷數(shù)據(jù)組中每組載荷數(shù)據(jù)的平均值及方差。確定方差最大的載荷數(shù)據(jù)組作為主軸載荷數(shù)據(jù)組，對于非主軸載荷數(shù)據(jù)組的其他載荷數(shù)據(jù)組，確定為副軸載荷數(shù)據(jù)組。此外，可以理解，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式，現(xiàn)以兩組載荷數(shù)據(jù)組為例來闡述對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析的步驟之前，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算N組載荷數(shù)據(jù)組中每組載荷數(shù)據(jù)的平均值及方差的過程I)至少需要準(zhǔn)備2組載荷數(shù)據(jù)(載荷歷程，點(diǎn)數(shù)相同)。2)記錄每個載荷數(shù)據(jù)值及其在原始2組載荷數(shù)據(jù)組中的順序號。具體方法如下I)首先讀入2組載荷數(shù)據(jù)，在此分別記為是SI (ID)和S2 (ID)，假定每組有n個數(shù)據(jù)，其中，ID表示在對應(yīng)載荷數(shù)據(jù)組中的載荷數(shù)據(jù)值的序號，如圖2所示。2)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分別計(jì)算2組載荷數(shù)據(jù)的平均值E(S1)，E(S2)和方差D (SI)，D (S2)，如下所述
權(quán)利要求
1.ー種多軸疲勞分析方法，其特征在于，包括以下步驟 讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成； 對所述N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析； 若分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對所述N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命； 若分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對所述N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析的步驟之前，還包括以下步驟 統(tǒng)計(jì)并計(jì)算所述N組載荷數(shù)據(jù)組中每組載荷數(shù)據(jù)的平均值及方差； 確定所述方差最大的載荷數(shù)據(jù)組作為所述主軸載荷數(shù)據(jù)組，對于非主軸載荷數(shù)據(jù)組的其他載荷數(shù)據(jù)組，確定為所述副軸載荷數(shù)據(jù)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析的步驟之前，還包括以下步驟 統(tǒng)計(jì)所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的循環(huán)數(shù)Cycle ； 記錄所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的最大載荷數(shù)據(jù)(Szmax(Cycle), IDl)和最小載荷數(shù)據(jù)(Szmin(Cycle)，ID2)，其中IDl和ID2分別為主軸載荷數(shù)據(jù)組中每個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N組載荷數(shù)據(jù)組中的序號； 計(jì)算所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的幅值A(chǔ)Sz(Cycie) Sziiisx(CycIe)- Szmin(Cycle]2 2 . 計(jì)算所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的均值__ Szmax(Cycle) + SzminCC^IelSz(Cycie)=--- O
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數(shù)據(jù)組按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法的步驟之前，還包括以下多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理步驟 在所述副軸載荷數(shù)據(jù)組中，根據(jù)所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N組載荷數(shù)據(jù)組中的序號IDl和ID2，查找并記錄所述序號IDl和ID2所對應(yīng)的姆個循環(huán)的最大載荷數(shù)據(jù)(Sfmax(Cycle), IDlf)和最小載荷數(shù)據(jù)(Sfmin(Cycle), ID2f),其中Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分別為副軸載荷數(shù)據(jù)組中每個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值和最小載荷數(shù)據(jù)值，其中，IDlf和ID2f的確定方式為序號IDl和ID2對應(yīng)的副軸載荷按照大小比對之后，較小的載荷對應(yīng)的序號是ID2f，較大的ー個對應(yīng)序號是IDlf ； 計(jì)算所述副軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的幅值
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，所述對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理的步驟，還包括以下子步驟計(jì)算■等效載荷幅值^
6.—種多軸疲勞分析系統(tǒng),其特征在于,包括以下模塊 讀取模塊，用于讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組，N為大于I的正整數(shù)，每組載荷數(shù)據(jù)組由對應(yīng)地表征載荷歷程的有序數(shù)據(jù)值組成； 分析模塊，用于對所述讀取模塊讀取的N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析； 第一處理模塊，用于若所述分析模塊分析出的分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對所述N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命； 第二處理模塊，用于若所述分析模塊分析出的分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對所述N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多軸疲勞分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)并計(jì)算所述N組載荷數(shù)據(jù)組中每組載荷數(shù)據(jù)的平均值及方差; 確定模塊，用于確定所述第一統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)到的方差最大的載荷數(shù)據(jù)組作為所述主軸載荷數(shù)據(jù)組，對于非主軸載荷數(shù)據(jù)組的其他載荷數(shù)據(jù)組，確定為所述副軸載荷數(shù)據(jù)組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多軸疲勞分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括 主軸統(tǒng)計(jì)模塊，用于統(tǒng)計(jì)所述確定模塊確定的主軸載荷數(shù)據(jù)組中的循環(huán)數(shù)Cycle ； 主軸記錄模塊，用于記錄所述確定模塊確定的主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的最大載荷數(shù)據(jù)(Szmax(Cycle), IDl)和最小載荷數(shù)據(jù)(Szmin(Cycle), ID2)，其中IDl和ID2分別為主軸載荷數(shù)據(jù)組中姆個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N組載荷數(shù)據(jù)組中的序號；主軸幅值模塊，用于計(jì)算所述確定模塊確定的主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的幅值
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多軸疲勞分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括 副軸記錄模塊，用于在所述副軸載荷數(shù)據(jù)組中，根據(jù)所述主軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N組載荷數(shù)據(jù)組中的序號IDl和ID2，查找并記錄所述序號IDl和ID2所對應(yīng)的每個循環(huán)的最大載荷數(shù)據(jù)(Sfmax (Cycle), IDlf)和最小載荷數(shù)據(jù)(Sfmin (Cycle), ID2f),其中 Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分別為副軸載荷數(shù)據(jù)組中每個循環(huán)所對應(yīng)的最大載荷數(shù)據(jù)值和最小載荷數(shù)據(jù)值，其中，IDlf和ID2f的確定方式為序號IDl和ID2對應(yīng)的副軸載荷按照大小比對之后，較小的載荷對應(yīng)的序號是ID2f，較大的一個對應(yīng)序號是IDlf ； 副軸幅值模塊，用于計(jì)算所述確定模塊確定的副軸載荷數(shù)據(jù)組中的每個循環(huán)的幅值
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多軸疲勞分析系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理模塊，還包括以下子模塊 等效幅值子模塊，用于計(jì)算等效載荷幅值
全文摘要
本發(fā)明涉及固體材料的疲勞強(qiáng)度特性測試領(lǐng)域，公開了一種多軸疲勞分析方法及其系統(tǒng)。更加有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，以快速處理多軸疲勞壽命計(jì)算過程。本發(fā)明中，包括以下步驟讀取預(yù)先獲取的N組載荷數(shù)據(jù)組；對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行相關(guān)性分析；若分析結(jié)果大于預(yù)定門限，則先對N組載荷數(shù)據(jù)組進(jìn)行等效單軸載荷數(shù)據(jù)處理，再對該處理結(jié)果按照單軸疲勞壽命計(jì)算或安全系數(shù)算法進(jìn)行疲勞分析，獲取損傷或壽命；若分析結(jié)果不大于預(yù)定門限，則對N組載荷數(shù)據(jù)組先進(jìn)行多軸雨流統(tǒng)計(jì)處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數(shù)算法，獲取損傷或壽命。
文檔編號G01N3/32GK102706757SQ201210141580
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者張湝渭, 焦曉娟 申請人:上海博覽達(dá)信息科技有限公司