一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法，屬于材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，該方法根據(jù)一段時(shí)間對(duì)裂紋擴(kuò)展情況的跟蹤觀測(cè)，推斷裂紋擴(kuò)展規(guī)律，實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋擴(kuò)展剩余壽命的預(yù)測(cè)，根據(jù)應(yīng)力大小與載荷作用頻度兩條件是否已知，將該方法分為三種情況的預(yù)測(cè)方法，以初始裂紋的應(yīng)力幅值下的(0，a0)為起點(diǎn)，繪制出不同應(yīng)力幅值下的裂紋長(zhǎng)度與載荷次數(shù)關(guān)系曲線,根據(jù)條件不同，找出對(duì)應(yīng)的a-N曲線，則該曲線可描述裂紋擴(kuò)展的規(guī)律；本發(fā)明根據(jù)此預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律方法編成軟件，此方法應(yīng)用廣泛，靈活性大，可滿足使用者要求計(jì)算精度的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的預(yù)測(cè)，利于現(xiàn)代化工程的需求。
【專利說(shuō)明】一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種應(yīng)用于機(jī)械零部件疲勞試驗(yàn)的預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有方法中，在載荷歷程不確定、載荷作用頻度不確定下的裂紋構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律與其剩余壽命都是由隨機(jī)模型來(lái)描述的，結(jié)構(gòu)部件服役過(guò)程中，可能會(huì)由于各種各樣的原因產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，甚至發(fā)生斷裂失效；多數(shù)服役結(jié)構(gòu)承受循環(huán)載荷作用，而且大部分載荷譜經(jīng)簡(jiǎn)化后，都比較接近恒幅載荷譜。
[0003]正確、合理地估算裂紋構(gòu)件的疲勞壽命，對(duì)保證結(jié)構(gòu)安全有至關(guān)重要的作用。不論裂紋構(gòu)件受變幅載荷，還是恒幅載荷，計(jì)算其有效應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值△ K都是預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的關(guān)鍵步驟。
[0004]工程中具 有載荷譜或詳細(xì)的載荷歷程的構(gòu)件并不多，即有效應(yīng)力幅值Λ σ不易確定，為此，許多研究人員嘗試了多種方法來(lái)模擬載荷譜，有些根據(jù)統(tǒng)計(jì)載荷歷程信息開(kāi)發(fā)了軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)，用來(lái)模擬隨機(jī)載荷；有些是提出了平穩(wěn)隨機(jī)載荷歷程下的疲勞裂紋生長(zhǎng)模型；近年來(lái)，研究人員開(kāi)始使用可靠性理論來(lái)研究不確定裝載條件下的裂紋擴(kuò)展；有些通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，提出了一個(gè)概率模型來(lái)量化不確定性的疲勞裂紋生長(zhǎng)，并闡述了模型的驗(yàn)證方法；有些是建立了載荷循環(huán)數(shù)的函數(shù)，提出了一種更新的貝葉斯模型來(lái)更新和預(yù)測(cè)裂紋長(zhǎng)度，而以上方法都是由隨機(jī)模型來(lái)描述隨機(jī)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展，然而，要建立一個(gè)能精確模擬隨機(jī)載荷的模型較困難，為此，本發(fā)明提出了一種新的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，即當(dāng)只知裂紋構(gòu)件受平穩(wěn)載荷的情況下，通過(guò)對(duì)裂紋擴(kuò)展情況的跟蹤觀測(cè)來(lái)確認(rèn)裂紋擴(kuò)展規(guī)律、預(yù)測(cè)剩余壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)觀有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種更方便、更精確的預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法。
[0006]為了實(shí)觀上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:開(kāi)始檢測(cè)初始裂紋，此時(shí)對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度為％ ；
[0008]步驟二:經(jīng)過(guò)時(shí)間t，監(jiān)測(cè)出此時(shí)裂紋的長(zhǎng)度為B1，所述的時(shí)間t至少大于一個(gè)載荷譜塊的時(shí)間；
[0009]步驟三:判斷應(yīng)力作用大小和載荷作用頻度是否已知，若應(yīng)力作用大小已知、載荷作用頻度未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟四；若載荷作用頻度已知、應(yīng)力作用大小未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟五；若載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟八；
[0010]步驟四:根據(jù)所述應(yīng)力的大小，求解出應(yīng)力幅值，并以(0，a0)為曲線起點(diǎn)，繪制此應(yīng)力幅值對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)的關(guān)系曲線，即a-N曲線，此a-N曲線即可描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一；
[0011]步驟五:以(O, a0)為曲線的起點(diǎn)，繪制不同應(yīng)力幅值下的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)的關(guān)系曲線，即a-N曲線族；
[0012]步驟六:通過(guò)載荷作用頻度乘以時(shí)間t，即得到裂紋從％擴(kuò)展至載荷所循環(huán)的次數(shù)N ；
[0013]步驟七:在步驟五中所得到的a-N曲線族中找出通過(guò)點(diǎn)(Ia1)的a_N曲線，此a_N曲線即可描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一；
[0014]步驟八:再經(jīng)過(guò)與步驟二相同的時(shí)間t，再次監(jiān)測(cè)，得到此時(shí)的裂紋長(zhǎng)度為a2 ；
[0015]步驟九:以(0，a0)為曲線的起點(diǎn)，繪制不同應(yīng)力幅值下的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)關(guān)系曲線，即a-N曲線族；
[0016]步驟十:在a-N曲線族中尋找同時(shí)通過(guò)點(diǎn)(N1, B1)和點(diǎn)(N2，a2)曲線，且滿足2 XN1=N2的a-N曲線，此a_N曲線即可描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律；
[0017]步驟十一:結(jié)束；
[0018]所述N為當(dāng)載荷作用頻度已知、應(yīng)力作用大小未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至載荷所循環(huán)的次數(shù)A1為當(dāng)載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至載荷所循環(huán)的次數(shù),N2為當(dāng)載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至&2載荷所循環(huán)的次數(shù)。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明能夠在載荷作用頻度未知或者應(yīng)力作用大小未知；或者載荷作用頻度和應(yīng)力作用大小均未知時(shí)，同樣能夠繪出a-N曲線族圖、尋找正確的a-N曲線獲得疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律；本發(fā)明對(duì)于疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的預(yù)測(cè)更方便、更精確。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法的流程圖；
[0021]圖2為本發(fā)明當(dāng)應(yīng)力作用大小已知、載荷作用頻度未知時(shí)的a-N曲線圖；
[0022]圖3為本發(fā)明當(dāng)載荷作用頻度已知、應(yīng)力作用大小未知時(shí)的a-N曲線圖；
[0023]圖4為本發(fā)明當(dāng)載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知時(shí)的a-N曲線圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中鋁合金裂紋構(gòu)件載荷的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示的一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法的流程圖，本發(fā)明通過(guò)對(duì)裂紋構(gòu)件裂紋擴(kuò)展的檢測(cè)就可以獲得此裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，本發(fā)明是基于其載荷譜可以等效為恒幅的載荷譜而提出的預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法，其裂紋增量公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:開(kāi)始檢測(cè)初始裂紋，此時(shí)對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度為Btl; 步驟二:經(jīng)過(guò)時(shí)間t，監(jiān)測(cè)出此時(shí)裂紋的長(zhǎng)度為al，所述的時(shí)間t至少大于一個(gè)載荷譜塊的時(shí)間； 步驟三:判斷應(yīng)力作用大小和載荷作用頻度是否已知，若應(yīng)力作用大小已知、載荷作用頻度未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟四；若載荷作用頻度已知、應(yīng)力作用大小未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟五；若載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟八； 步驟四:根據(jù)所述應(yīng)力的大小，求解出應(yīng)力幅值，并以(O，a0)為曲線起點(diǎn)，繪制此應(yīng)力幅值對(duì)應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)的關(guān)系曲線，即a-N曲線，此a-N曲線即可描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一； 步驟五:以(O，a0)為曲線的起點(diǎn)，繪制不同應(yīng)力幅值下的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)的關(guān)系曲線，即a-N曲線族； 步驟六:通過(guò)載荷作用頻度乘以時(shí)間t，即可得到裂紋從％擴(kuò)展至載荷所循環(huán)的次數(shù)N ； 步驟七:在步驟五中所得到的a-N曲線族中找出通過(guò)點(diǎn)(N, ax)的a_N曲線,此a_N曲線即可描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟十一； 步驟八:再經(jīng)過(guò)與步驟二相同的時(shí)間t，再次監(jiān)測(cè)，得到此時(shí)的裂紋長(zhǎng)度為a2 ； 步驟九:以(O，a0)為曲線的起點(diǎn)，繪制不同應(yīng)力幅值下的裂紋長(zhǎng)度-載荷次數(shù)關(guān)系曲線，即a-N曲線族；` 步驟十:在a-N曲線族中尋找同時(shí)通過(guò)點(diǎn)Wa1)和點(diǎn)(N2, a2)的曲線，且滿足2XN1=N2的a-N曲線，此a-N曲線即可正確描述該裂紋構(gòu)件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律； 步驟^^一:結(jié)束； 所述N為當(dāng)載荷作用頻度已知、應(yīng)力作用大小未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至ai載荷所循環(huán)的次數(shù)A1為當(dāng)載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至&1載荷所循環(huán)的次數(shù)，N2為當(dāng)載荷作用頻度、應(yīng)力作用大小均未知時(shí)，裂紋從％擴(kuò)展至a2載荷所循環(huán)的次數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103868786SQ201410098971
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】白鑫, 謝里陽(yáng), 佟安時(shí), 白恩軍, 任俊剛 申請(qǐng)人:東北大學(xué)