[发明专利]一种新的应力梯度表征和验证方法

权利要求书

1.一种新的应力梯度表征和验证方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、建立实际机械结构的有限元模型A，在实际载荷下对模型进行静力分析，根据分析结果在模型A上选取应力或应变最大的点作为危险点，计算实际载荷下该危险点处的弹性应力梯度影响因子Y；

步骤二、仿照有限元模型A，分别建立不同应力集中系数K_t值的缺口有限元模型B₁,B₂,…B_n，每个模型上对应位置分别设置一个危险点a’，并计算每个模型下危险点a’处的应力梯度影响因子Y₁,Y₂,…Y_n；

步骤三、将应力梯度影响因子Y₁,Y₂,…Y_n分别与危险点a处的应力梯度影响因子Y作对比，反映危险点a处的应力梯度分布，从而得到实际机械结构的应力集中系数，建立应力梯度修正因子Y与应力集中系数的单调关系；

步骤四、将符合单调关系的应力梯度影响因子Y引入到寿命方程中，同时引入拟合参数对应力梯度影响因子Y进行修正，得到应力梯度修正的寿命模型，用于表征危险点a处的应力梯度；

应力梯度影响因子Y引入到寿命方程中表示为：

N_f＝Y(N_f)f(σ,ε)

N_f表示疲劳寿命，σ表示应力相关项，ε表示应变相关项，f表示寿命方程函数；

引入拟合参数p_i对寿命方程进行修正：

N_f＝Y(N_f,p_i)f(σ,ε)

上述修正方程中，通过对实际机械结构的材料进行疲劳试验，得到疲劳数据N_f，结合有限元计算得到的应力梯度影响因子Y，使用多元线性回归方法拟合得到参数系p_i，从而确定寿命方程；

步骤五、设计一款同时包含至少两个缺口的拉伸试验件，通过设计不同的缺口尺寸，进行危险点a处应力梯度的验证。

2.如权利要求1所述的一种新的应力梯度表征和验证方法，其特征在于，所述危险点为应力下降最快的点，在实际机械结构上选取出对应的应力下降路径，并沿此路径建立应力与距离的归一化曲线，曲线纵坐标为路径上各点应力与路径起点处应力之比，横坐标为路径上各点距路径起点距离与路径全长之比；

对曲线进行积分，得到曲线与坐标轴围成的面积，记为S，则危险点a处的应力梯度影响因子Y＝S；

同理，针对该实际机械结构的有限元模型A上其余危险点，分别计算各自的应力梯度影响因子Y。

3.如权利要求1所述的一种新的应力梯度表征和验证方法，其特征在于，所述步骤五中，该拉伸试验件在拉伸状态下每个缺口的根部应力应变相同，排除缺口根部应力应变对缺口寿命造成的影响；而缺口形状不同使得缺口根部的应力梯度不同，从而单独体现出不同应力梯度对疲劳寿命的影响；

使用拉伸试验件完成疲劳实验，关注断裂位置，当缺口根部的应力应变相同时，应力梯度较小的缺口其疲劳寿命更低，通过不同缺口的疲劳寿命可以判断实际缺口的应力梯度分布情况，与实际机械结构危险点a处的应力梯度分布做对比，达到验证目的；

同时，使用寿命模型对试验件的疲劳寿命进行预测，与实验结果对比校验寿命方程的拟合精度。