[发明专利]基于非等效累积损伤的高强度钢疲劳寿命预测方法

说明书

本发明提供了一种基于非等效累积损伤的高强度钢疲劳寿命预测方法。本发明针对等效累积损伤原则引入了参数a，设第一次加载造成的损伤值D₁是等效累积损伤值D₂'的a倍，即：D₁＝aD₂'，并针对Miner模型和Manson‑Halford模型，依据所引入的参数a对两个模型进行了修正。本发明修正后的Miner模型和Manson‑Halford模型是两种新的“非等效累积损伤”模型，且该“非等效累积损伤”模型计算模式更为简洁，更容易得到实际工程应用，为非等效累积疲劳损伤模型研究方面提供了参考和方向。

技术领域

本发明涉及基础钢材料的机械疲劳领域，具体地说是一种基于非等效累积损伤的高强度钢疲劳寿命预测方法。

背景技术

机械结构或零件在实际的运行过程中，其所承受的循环载荷并不是恒定的，因此，许多学者开展了变幅疲劳研究，并基于损伤理论构建了很多累积损伤疲劳模型。现存的大多累积损伤模型，如Miner模型、Manson-Halford模型、叶笃毅模型、Corten-Dolan模型以及尚德广模型等，均是基于“等效累积损伤”的原则构建出来的。累积损伤理论分为等效累积损伤理论与非等效累积损伤理论，等效累积损伤理论即临界损伤D_CR为1，非等效累积损伤理论即临界损伤D_CR不为1。针对以上等效累积损伤即临界损伤为1的缺陷，冯胜认为，高强度钢材料在累积损伤过程中会遵循“非等效累积损伤”的原则，即高强度钢材料每一次循环所产生的疲劳损伤对下一个循环的疲劳损伤会产生影响，且通过实验得到了较好的预测结果。这种非等效累积损伤现象是由于领域潜在损伤造成的，某一点运动不仅使该点产生损伤，也使得领域伴随产生损伤，即疲劳载荷的功一部分使得该点产生损伤，另一部分功产生潜在损伤。

现有的高强度钢疲劳寿命预测方法大多基于等效累积损伤模型进行预测，这对于具有非等效累积损伤的高强度钢而言，由于忽略了非等效累积损伤的现象，预测结果精度无疑是不高的。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于非等效累积损伤的高强度钢疲劳寿命预测方法，通过该方法对高强度钢疲劳寿命进行预测，所测结果更接近真实。

本发明是这样实现的：一种基于非等效累积损伤的高强度钢疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：

①、获得高强度钢的试验数据，试验数据包括若干组一级加载不同应力下的疲劳寿命以及若干组二级加载变幅应力下的疲劳寿命；

②、利用步骤①中试验数据对修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型进行拟合，得到参数a的值；其中，N₁是高强度钢在一级加载时在应力σ₁下的疲劳寿命，N₂是高强度钢在一级加载时在应力σ₂下的疲劳寿命，n₁是高强度钢在二级加载时在应力σ₁下的循环次数，n₂是高强度钢在二级加载时在应力σ₂下直至破坏时的循环次数；β是固定参数，一般取0.4；

③、将步骤②所得参数a代入对应的修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型中，采用修正后的Miner模型或修正后的Manson-Halford模型对高强度钢疲劳寿命进行预测，即计算n₂的值。

通过试验数据对修正后的Miner模型进行拟合，所得a的取值范围是-2.5a2.5。

上述高强度钢为45钢或16Mn，试样为光滑或缺口均可。