[发明专利]考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法、系统及应用

说明书

本发明属于工程机械疲劳测试技术领域，公开了一种考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法、系统及应用，根据Remberg–Osgood弹塑性应力‑应变关系，考虑应力比变化时由于弹性应变和塑性应变同时存在导致的损伤累积过程的变化，提出弹性应变加权因子和塑性应变加权因子分别考虑弹性和塑性应变效应下的损伤累积；建立基于损伤的考虑多应力比的全寿命预测模型；并将该模型引入裂纹的稳定扩展阶段，对Walker模型进行修正，描述模型参数随应力比的变化规律，建立考虑多应力比的剩余寿命模型，并最终建立考虑多应力比的全寿命与剩余寿命的预测方程统一表达式。本发明可同时预测全寿命与剩余寿命，并有效提高了预测精度。

技术领域

本发明属于工程机械疲劳测试技术领域，尤其涉及一种考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法、系统及应用。

背景技术

目前：传统的疲劳寿命预测通常分为全寿命预测和裂纹扩展后的剩余寿命预测。在全寿命预测中，非线性损伤模型对于应力比为-1时的预测结果较为精准，但对于多应力比加载情况(如应力比为0、0.1、0.5等)，寿命预测模型的精度下降，尤其当应力幅值较高时，计算结果远离2倍误差线。在剩余寿命预测中，虽然Walker模型考虑了应力比变化，但该模型在应力比为0时的预测精度较好，同样存在多应力比加载情况，剩余寿命预测精度下降的问题。大部分工程机械的加载载荷一般为多应力比加载，寿命预测结果影响结构的可靠性和使用安全性。但现有技术，并没有考虑在多应力比加载的条件下预测精度明显下降的事实，导致预测寿命过低时，消耗维修成本，或预测寿命过高时，出现突然断裂的危险。此外，现有技术将全寿命与剩余寿命分开，没有一种能将裂纹萌生至断裂的全寿命与宏观裂纹扩展阶段的剩余寿命同时进行预测综合模型。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)传统用于全寿命的预测方法对于多应力比加载情况，寿命预测模型的精度下降，尤其当应力幅值较高时，计算结果远离2倍误差线。考虑工程机械的加载载荷一般为多应力比加载，全寿命预测结果影响结构的可靠性和使用安全性。

(2)传统用于剩余寿命的预测方法，对于多应力比加载情况，剩余寿命预测的精度下降，导致对工程机械的裂纹扩展规律预测误差较大时，消耗维修成本。

(3)传统的疲劳寿命预测通常分为全寿命预测和裂纹扩展后的剩余寿命预测，在工程领域，没有一种能将裂纹萌生至断裂的全寿命与宏观裂纹扩展阶段的剩余寿命同时进行预测综合模型。

解决以上问题及缺陷的难度为：在全寿命预测中，需要找到一个定量的参数描述多应力比加载所引起的疲劳损伤的变化量；在剩余寿命预测中，需要建立一种在多应力比加载时模型参数的拟合方法；最后如何将全寿命模型与剩余寿命模型进行统一，均为解决以上问题的难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：提高了多应力比加载作用下全寿命与剩余寿命的预测精度，同时建立了一种综合模型的表达式，不仅扩展了理论模型在工程领域的使用范围，此外综合模型可同时解决全寿命与剩余寿命分析，提高计算效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法、系统、存储介质、设备及应用。

本发明是这样实现的，一种考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法，所述考虑多应力比的全寿命与剩余寿命预测方法包括：

根据Remberg–Osgood弹塑性应力-应变关系，考虑应力比变化时由于弹性应变和塑性应变同时存在导致的损伤累积过程的变化，提出弹性应变加权因子和塑性应变加权因子分别考虑弹性和塑性应变效应下的损伤累积；

建立基于损伤的考虑多应力比的全寿命预测模型；

并将该模型引入裂纹的稳定扩展阶段，对Walker模型进行修正，描述模型参数随应力比的变化规律，建立考虑多应力比的剩余寿命模型，并最终建立考虑多应力比的全寿命与剩余寿命的预测方程统一表达式。