[发明专利]应力强度因子门槛值概率建模的金属结构疲劳可靠性预测方法

权利要求书

1.一种应力强度因子门槛值概率建模的金属结构疲劳可靠性预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、构建金属结构部件的疲劳裂纹扩展速率模型：基于概率理论和疲劳裂纹扩展速率FCGR数据，建立金属结构部件疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子之间的确定性数学关系，构建金属结构部件的疲劳裂纹扩展速率模型，所述金属结构部件的疲劳裂纹扩展速率模型采用经典Paris模型描述疲劳行为：

其中，a表示裂纹尺寸；N表示循环载荷数；ΔK表示单个载荷周期内应力强度因子；C和m分别表示第一材料拟合参数和第二材料拟合参数；d表示微分；

S2、构建金属结构部件的裂纹传播概率模型：基于金属结构部件的疲劳裂纹扩展速率模型，考虑固有不确定性和建模误差，构建金属结构部件的裂纹传播概率模型；

S3、构建金属结构部件的应力强度因子门槛值ΔK_th概率密度函数：分别在确定性测量、不确定性测量和未检测到裂纹扩展下，构建金属结构部件的应力强度因子门槛值ΔK_th概率密度函数；

S4、构建考虑应力强度因子门槛值ΔK_th不确定性的金属结构部件疲劳耐久性可靠性模型；

S41、原始K-T图由疲劳极限和ΔK_th的两条直线相交而成，两条直线交点的x轴坐标为：

其中，Δσ_e表示疲劳极限；Y_g表示几何修正银子；a₀表示固有裂纹长度；

S42、由El Haddad实验数据修改K-T图为两条直线在a₀处光滑过渡，门槛值应力Δσ_th为：

其中，F表示几何校正系数；

S43、将式(22)代入到式(23)中得到门槛值应力Δσ_th为：

S44、基于一次二阶矩法FOSM，计算lnΔσ_th的均值和方差Var(lnΔσ_th)；

S45、根据lnΔσ_th的生存函数，得到考虑ΔK_th不确定性的金属结构部件疲劳耐久性可靠性模型：

其中，β表示可靠性指数；

S5、基于考虑应力强度因子门槛值ΔK_th不确定性的金属结构部件疲劳耐久性可靠性模型，获得金属结构部件允许的最大裂纹尺寸。

2.根据权利要求1所述的应力强度因子门槛值概率建模的金属结构疲劳可靠性预测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、考虑固有不确定性和建模误差，对所述金属结构部件的疲劳裂纹扩展速率模型取对数得：

其中，ε表示第一标准差为σ_ε的高斯随机变量；

S22、所述单个载荷周期内应力强度因子ΔK下裂纹的传播概率POP(ΔK)为：

其中，Pr[·]表示事件概率；表示疲劳裂纹扩展速率的检测门槛值；

S23、将式(3)代入式(4)得到POP(ΔK)为：

S24、考虑到ε为均值为0的高斯随机变量，根据其对称性质，基于式(5)得到金属结构部件的裂纹传播概率模型：

其中，Φ(·)表示标准正态分布的累积分布函数。