[发明专利]一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法

权利要求书

1.一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，其特征在于,包括：

步骤(1)，建立机械结构的有限元模型，在不同工况条件下对机械结构进行有限元分析，确定机械结构的最大应力及危险位置；

步骤(2)，通过试验得到机械结构所用材料的S-N曲线，进一步得到材料疲劳寿命对数及疲劳寿命对数标准差，并构建二者与最大应力之间的关系；

步骤(3)，用Miner累计损伤准则计算机械结构的累计损伤；

步骤(4)，引入强度退化系数，计算机械结构发生强度退化的累计损伤；

步骤(5)，引入功能函数，通过二阶矩法求机械结构单一位置疲劳失效的可靠度；

步骤(6)，考虑失效相关性，引入Gaussian Copula函数，通过最大似然法求解Copula函数中的相关系数，最终求得机械结构系统的可靠度；

步骤(3)具体是：利用Miner累计损伤准则计算机械结构在服役过程中的累计损伤，假定在一个可靠性试验循环中，机械结构主要经历k种工况，记任意工况下，机械结构上的最大压力为σ_j，根据疲劳S-N曲线，能够得到该应力下材料的疲劳寿命为N_j，则机械结构在使用过程中的损伤为：

即获得机械结构的累计损伤,式中，ΔD为机械结构的累计损伤量，N₁、N₂、……、N_k分别为机械结构各个不同工况下的最大应力对应的疲劳寿命；

步骤(4)具体是：机械结构在实际使用过程中，由于载荷的不断加载，材料的强度会逐渐降低，直至强度低于加载的载荷并发生破坏，称之为强度退化，由于强度退化的实际存在，在对机械结构进行疲劳可靠性进行评估时，其影响不可忽略，为此需要将强度退化引入累计损伤的计算中来，在实际工作工程中，机械结构的剩余强度G(n”)主要与疲劳载荷循环次数n”及循环载荷s有关，其具体计算详细公式如下：

G(n”)＝f(n”,s) (d)

当加载次数n”为0时，材料的剩余强度为抗拉强度σ_b，而当加载次数n”等于某个特定的数值时，材料剩余强度等于此循环次数所对应的疲劳强度，也就是说，剩余强度能够视为关于加载循环次数的减函数；

假设剩余强度随加载循环次数的变化是线性的，则某一时刻的剩余强度能够表示为：

G(n”)＝σ_b-βn” (e)

式中，β为拟合系数，对该式进行求导，能够求得强度退化速率E'，为了方便计算，引入强度退化系数Q，用来描述材料强度退化的快慢，该系数Q能够通过下式计算得到：

在进行累计损伤计算时考虑材料的强度退化，即能够得到机械结构发生强度退化后的累计损伤计算公式：

对应的标准可靠性试验循环次数n为：

2.根据权利要求1所述的一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，其特征在于：步骤(1)具体是：通过三维建模软件，建立机械结构的三维实体模型，然后将三维模型导入有限元仿真软件，赋予材料参数，包括抗拉强度σ_b、屈服强度σ_0.2、弹性模量E、密度ρ、泊松比v、阻尼比ξ、热传导率λ、比热容c与线膨胀系数α共9个参数，对机械结构三维模型进行网格划分，进行边界条件设置，对机械结构进行有限元仿真，得到机械结构的最大应力及危险位置。

3.根据权利要求2所述的一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，其特征在于：步骤(2)具体是：通过标准疲劳试验获得压气机材料的疲劳S-N曲线，对疲劳试验数据进行处理，获得材料疲劳寿命对数均值和疲劳寿命对数标准差与最大应力之间的关系式，具体拟合式能够表示为：

式中，与分别为疲劳寿命的对数均值和对数标准差，a、b、c、d均为拟合参数,σ_max为最大应力。