[发明专利]一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：该预测方法具体包括如下步骤：

(1)分析服役构件的服役工况，确定金属材料热机械疲劳的温度和机械应变范围，其中热机械疲劳载荷具备的特征为：机械载荷随时间周期性变化，温度随时间周期性变化；热机械疲劳实验温度范围及机械应变范围需根据实际工况条件选取，且机械载荷变化周期与温度载荷变化周期相同；

(2)确定目标应变幅值，即确定进行热机械疲劳寿命预测的热应变和机械应变幅范围，热应变范围是通过温度变化获得；

(3)选择金属材料进行恒温低周疲劳性能测试，获得低周疲劳中值滞回能W_a,LCF，并建立低周疲劳中值滞回能W_a,LCF与机械应变幅ε_mech之间的定量关系；

(4)选择金属材料进行热机械疲劳性能测试，获得热机械中值滞回能W_a,TMF；

(5)将步骤(4)中的热机械中值滞回能W_a,TMF带入能量法公式进行拟合获得金属材料参数β和W₀；所述能量法公式是指热机械中值滞回能W_a,TMF与热机械疲劳寿命N_f的关系，具体如式(1)所示；

公式(1)中，β值为将外界作用程度转化成损伤材料的能量的能力，W₀为单次变形造成材料失效所作的塑性功；

(6)根据步骤(3)与步骤(4)测试结果，建立热机械疲劳、低周疲劳滞回能与机械应变幅ε_meth的定量关系，并获得相关材料参数；

(7)通过步骤(6)建立的定量关系和步骤(3)中的机械应变幅值下的低周疲劳中值滞回能计算步骤(2)中所确定目标应变幅值下热机械疲劳中值滞回能；如果该目标应变幅值下的低周疲劳没有进行实验，则通过步骤(3)中低周疲劳中值滞回能与机械应变幅的定量关系进行计算获得；

(8)将步骤(7)计算所得目标应变幅下热机械疲劳中值滞回能带入公式(1)中，计算所得热机械疲劳寿命，即为最终目标寿命。

2.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述低周疲劳性能测试的实验温度需选择热机械疲劳工况对应的最高温度。

3.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(3)中，低周疲劳实验需选择至少两个不同机械应变幅进行实验，每个应变幅至少进行一个有效数据的测试。

4.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(3)中，低周疲劳中值滞回能W_a,LCF与机械应变幅之间的定量关系对于铸铁或铸铝材料表达为线性关系，该线性关系如公式(2)，式中B和a为材料参数，对于125～400℃低周疲劳关系中：B＝-37.58，a＝300.06；对于125～500℃低周疲劳关系中：B＝-53.12，a＝353.37；

W_a,LCF＝B+a·ε_mech (2)。

5.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(4)中，热机械疲劳实验需选择至少两个不同机械应变幅进行实验，所选应变幅应与步骤(3)中所选相同；每个应变幅至少进行一个有效数据的测试；如果需要进行材料或构件可靠性分析，按照相关要求进行系统研究。

6.根据权利要求1所述的金属材料基于低周疲劳的热机械疲劳寿命预测方法，其特征在于：步骤(6)中，热机械疲劳、低周疲劳滞回能与机械应变幅ε_meth的定量关系，对于铸铁或铸铝材料，是热机械疲劳与低周疲劳滞回能差值ΔW_a与机械应变幅_meth的线性关系，如公式(3)；该线性关系中材料参数为A和K，A为韧度敏感性系数，K为应变敏感性系数；

ΔW_a＝W_a,TMF-W_a,LCF＝A+K·ε_mech (3)；

公式(3)可以转变形式为公式(4)；

W_a,TMF＝A+Kε_mech+W_a,LCF (4)。