[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

说明书

本发明公开了一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，包括：建立机械结构有限元模型，不同工况下对机械结构进行有限元分析，确定机械结构最大应力及危险位置；通过试验得到机械结构所用材料S‑N(应力‑寿命)曲线，得到材料疲劳对数寿命及疲劳寿命对数标准差，构建二者与最大应力之间的关系；用Miner累计损伤准则计算机械结构的累计损伤；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；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；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，求得机械结构系统的可靠度。上述评估方法充分考虑到机械结构各部位及不同失效模式之间的相关性。

技术领域

本发明是关于机械结构疲劳可靠性的评估方法，更具体地说是涉及一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法。

背景技术

“可靠性”作为评价机械结构产品质量和技术措施的一个最重要指标备受关注，任何机械结构的设计和制造都要以可靠性技术为基础。传统机械结构的可靠性设计主要是将载荷、材料性能与强度及零部件尺寸视为服从某种概率分布的随机变量，综合概率论、数理统计和强度设计理论，估算机械结构在给定设计条件下的可靠度。传统的设计方法只针对机械结构单一失效模式和单一部位进行评估，并未考虑到机械结构不同部位及不同失效模式之间的相关性。

因此，如何提供一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，使其能够克服上述问题。是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑失效相关性的机械结构疲劳可靠性评估方法，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Mi ner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Gauss ian Copu l a函数，通过最大似然法求解Copu l a函数中的相关系数，最终求得机械结构系统的可靠度。

优选的，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。

优选的，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。