[发明专利]一种基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型及其方法

说明书

本发明公开了一种基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型及其方法，该模型基于非线性疲劳损伤累积模型，根据能量密度的概念，引入临界平面能量密度参数以得到适用于微动疲劳的寿命预测模型。在此基础上，引入温度相关的损伤速率因子以考虑温度对结构微动疲劳行为的影响。该模型的应用方法需要利用有限元软件ANSYS，包括步骤：1)建立有限元模型；2)进行仿真计算；3)对计算结果进行后处理；4)参数拟合；5)计算得到微动疲劳预测寿命。该模型及应用方法能对高温下的微动疲劳寿命进行有效预测，具有重要的工程意义。

技术领域

本发明属于微动疲劳寿命预测仿真领域，特别涉及一种基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型及建立方法和应用方法。

背景技术

微动疲劳是一个复杂的疲劳现象，受到很多因素的影响，如摩擦、滑移幅度、接触压力、频率、几何形状和温度等因素。为有效预测微动疲劳行为和寿命，国内外研究学者进行了大量的研究，取得了一定的成果，主要模型有名义应力法、局部应力-应变法、断裂力学法、临界平面法、损伤力学法等。其中连续介质损伤力学方法用损伤变量描述材料的损伤演化过程以预测材料失效寿命，已经被广泛用于解决实际问题。近年来，连续介质损伤力学方法得到不断的发展和完善。

现有的微动疲劳寿命预测模型绝大多数是基于常温下的微动疲劳试验得到的，对高温环境下的微动疲劳寿命预测效果不好。这是由于高温下的微动疲劳受温度影响的非常复杂。在航空发动机上，由于榫头和榫槽长期在高温环境下工作，高温微动疲劳失效是榫头和榫槽结构破坏的主要形式。为了确保发动机的安全可靠性，对高温下的微动疲劳寿命进行有效预测是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型及其建立方法和应用方法，以实现对高温下的微动疲劳寿命进行有效预测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

1、一种基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型的构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，根据基于连续介质损伤力学的非线性损伤累积模型，定义损伤参量D，损伤参量D为0，表示初始未损伤状态：损伤参量D为1，则认为发生疲劳破坏；非线性损伤累积模型的加载应力考虑了最大应力、平均应力，其函数关系为：

dD＝f(σ_max,σ_m,D)dN (1)

式中，D为损伤参量，σ_max为最大应力，σ_m为平均应力，N为疲劳寿命；

步骤2，非线性损伤累积模型在单轴疲劳载荷条件下的非线性疲劳损伤演化表达式为：

式中，β为材料拟合常数；M(σ)为平均应力的函数，其表达式为：

M(σ_m)＝M₀(1-b₂σ_m) (3)

式中，M₀和b₂为材料常数；a由最大应力σ_max和平均应力σ_m共同确定：

式中，σ_b为材料的强度极限；a为由试验数据确定的常数；符号<u>表示函数正的部分，即：

σ_l(σ_m)为非对称循环下的疲劳极限，由对称循环下的疲劳极限σ_-1和平均应力σ_m得到，其表达式为：