[发明专利]一种考虑多轴载荷非比例度的缺口件局部应力应变确定方法

说明书

本发明一种考虑多轴载荷非比例度的缺口件局部应力应变确定方法，涉及多轴疲劳强度理论领域，利用有限元分析软件建立缺口件的有限元模型；对缺口件的有限元模型的网格数进行收敛性分析；利用有限元分析软件计算单位外载荷作用下缺口局部的应力集中系数，并计算缺口区域的虚应力历程；通过线弹性理论或者线弹性有限元分析，确定缺口处的虚拟应变历程；利用提出的非比例因子的评价方法来确定多轴循环载荷下缺口局部的非比例度；通过缺口虚应力修正方法和本构关系来求解缺口处的真实应力和真实应变。本方法可以较好的预测多轴载荷下缺口局部的应变。

技术领域

本发明涉及多轴疲劳强度理论领域，特指一种考虑多轴载荷非比例度的缺口件局部应力应变确定方法。

背景技术

疲劳断裂是许多机械结构和工程部件失效的主要原因，并且许多机械部件例如机轴、发动机、压力容器和涡轮机转子承受复杂的多轴变幅载荷作用，或者承受复杂的单轴、多轴比例、多轴非比例交互循环载荷作用。经典的单轴疲劳强度理论远远满足不了实际工程部件的强度和寿命等设计要求，因而近年来疲劳界对更为符合实际的多轴疲劳研究普遍重视起来。

许多机械部件包含缺口，由于缺口处明显的应力集中，疲劳失效通常会发生在缺口部位。这些机械部件在复杂的多轴变幅载荷作用下，会导致在缺口区域主应力方向和主应力比值的改变，缺口区域处于复杂的多轴应力状态。然而，多轴载荷作用下缺口部件的疲劳寿命预测需要确定缺口区域的局部应力和应变历程。尽管试验测量的方法和弹塑性有限元分析的方法能够获得可靠的局部应力应变，这些方法需要较多的花费和时间，这些方法在实践中是不可行的。因此，在缺口部件的设计过程中，迫切需要一种合理的和有效的方法来计算缺口应力和应变。

发明内容

本发明目的在于针对多轴疲劳强度设计的需求，提出了一种考虑多轴载荷非比例度的缺口件局部应力应变确定方法。

本发明提供的一种考虑多轴载荷非比例度的缺口件局部应力应变确定方法，其步骤为：

步骤1)：利用有限元分析软件(ANSYS)建立缺口件有限元模型；

步骤2)：对建立的缺口件有限元模型的网格数进行收敛性分析；

步骤3)：在有限元分析软件中，对缺口件有限元模型一端施加约束，一端施加载荷L_b(t)，确定单位外载荷作用下缺口局部的应力集中系数(C_ij)_b。缺口区域的虚应力历程^eσ_ij(t)通过下式来确定：

其中，d表示外载(L_b(t))的个数；i和j称为自由指标，i,j＝1,2,3；角标e表示缺口处的虚弹性量；t表示时间。

步骤4)：通过线弹性理论或者线弹性有限元分析，确定缺口处的虚拟应变历程^eε_ij(t)；

步骤5)：利用提出的非比例因子的评价方法来确定多轴循环载荷下缺口局部的非比例度，提出的非比例因子F的确定公式为：

其中，最大剪切应变范围和最大剪切平面均由缺口区域的虚应变历程来确定；

步骤6)：计算缺口处的真实应力和真实应变

1)运用Neuber法和材料的等效应力—等效应变关系，确定虚拟等效应力—真实等效应变关系；

2)计算真实切线模量场^NE_t,k和虚拟切线模量场^eE_t,k