[发明专利]一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型及方法

权利要求书

1.一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对于激光冲击强化后的试验件，测量其表面粗糙度并进行微动疲劳试验，获取试验件的微动疲劳寿命；

步骤2，对试验件建立有限元模型并施加预应力，分别在峰值载荷和谷值载荷下进行求解，提取有限元模型中每个单元的应力应变值；

步骤3，在多轴疲劳状态下的损伤演化方程为：

式中，D为损伤参量，N为微动疲劳寿命，β为材料常数；α是与应力状态有关的函数，a为由试验数据确定的常数，·表示“·”的正的部分；为非对称循环下的疲劳极限，σ_{_1}为对称循环下的疲劳极限，M₀(σ_H,mean)为平均静水应力σ_H,mean的函数，M₀(σ_H，mean)＝M(1-b₂σ_H,mean)，M、b₁和b₂为材料常数，A_Π为多轴等效应力幅，σ₁、σ₂、σ₃为三个主应力幅；为多轴疲劳极限，

将临界平面上的最大剪应变γ_max和法向正应变ε_n加以整合：

式中，为临界平面上等效应变范围，Δγ_max为临界平面上的最大剪应变范围；

在多轴疲劳状态下的非线性累积损伤NLCD模型中引入临界等效塑性应变幅

式中w是由步骤1得到的微动疲劳寿命数据拟合得到的常数；

利用步骤2中提取得到的应力应变值，计算得到A_Π、σ_H,mean和

步骤4，引入与表面粗糙度相关的磨损系数因子v，对公式(3)进行修正，得到考虑表面粗糙度的微动疲劳非线性累积损伤模型：

式中，m为步骤1得到的微动疲劳寿命数据所拟合的常数，S为强化后的试验件表面粗糙度，S₀为强化前的试验件表面粗糙度；

步骤5，对公式(4)进行积分，得到考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型：

式中，k为步骤(1)得到的微动疲劳寿命数据所拟合的常数，N_f为微动疲劳寿命，σ_eqv,max为通过步骤2的有限元模型计算得到的最大等效应力。

2.如权利要求1所述的一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，平均应力σ_H,mean为最大静水应力σ_H,max与最小静水应力σ_H,min的平均值，计算公式为：

式中，σ₁₁、σ₂₂、σ₃₃为三个主应力。

3.如权利要求1所述的一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，k、m和w由步骤(1)得到的微动疲劳寿命数据进行拟合的方法为：将步骤(1)得到的微动疲劳寿命数据与A_∏、σ_H,mean和代入公式(5)中，结合测量得到的试验件表面粗糙度，对k、m和w进行拟合。

4.如权利要求1所述的一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型的建立方法，其特征在于，β、由对称循环下的材料单轴疲劳试验的应力-寿命曲线确定；b₁、b₂由非对称循环下的材料单轴疲劳试验应力-寿命曲线确定。

5.一种考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，对于激光冲击强化后的待预测试验件，测量其表面粗糙度；

步骤(2)，对待预测试验件建立有限元模型并施加预应力，分别在峰值载荷和谷值载荷下进行求解，提取有限元模型中每个单元的应力应变值；

步骤(3)，利用步骤(2)中提取得到每个单元的应力应变值，计算得到每个单元的多轴等效应力幅A_∏、多轴疲劳极限平均静水应力σ_H,mean和临界平面上等效应变范围

步骤(4)，将步骤(3)的计算结果代入如权利要求1至4中任一所述的考虑表面粗糙度的微动疲劳寿命预测模型，得到每个单元的微动疲劳寿命预测值，其中最小的微动疲劳寿命预测值即为待预测试验件的微动疲劳寿命，对应的单元号即为危险点。