[发明专利]一种再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变计算方法

说明书

本发明公开了一种再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变计算方法，涉及再制造毛坯剩余疲劳性能预测领域。该方法通过开展不同缺口深度、缺口宽度和厚度组合的表面缺口件非线性有限元分析，得到表面缺口局部应变范围仿真值。揭示剩余厚度比与局部应变的映射关系，提出剩余厚度比修正系数，基于Neuber法则建立表面缺口局部应变公式。本发明为再制造毛坯裂纹打磨后表面缺口局部应变评估提供一套快捷、可靠的计算方法，为再制造毛坯剩余疲劳性能预测提供理论基础。

技术领域

本发明涉及再制造毛坯剩余疲劳性能预测领域，具体涉及一种再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变计算方法。

背景技术

表面损伤是金属机械零部件在服役过程中难以避免的。对于再制造毛坯的微观表面损伤，由于尺寸较小可直接对其开展再制造修复。而再制造毛坯的宏观表面损伤不能直接开展再制造修复，必须首先采用损伤打磨方式清除损伤。损伤打磨可为后续再制造修复技术提供良好的作业环境和规则结合面，保证再制造修复技术顺利开展。有限厚度的平板或近平板零件，如航空发动机压气机叶片，经过表面损伤打磨，毛坯将产生一个表面缺口。损伤打磨毛坯的剩余疲劳寿命是判断毛坯是否值得再制造的关键指标，而再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变公式是开展剩余疲劳寿命预测的关键基础。

现有缺口件局部应变评估理论主要为Neuber法和ESED法。但是，Neuber法则和ESED准则仅是确定了局部应变的上限值和下限值，针对不同形式的缺口问题，仍需对两种模型进行修正才能得到满意的局部应变评估结果。

开展非线性有限元方法得到疲劳加载下局部应变数值较为准确，然而，对实际可能出现的任意表面缺口尺寸，若均采用非线性有限元方法一一获取局部应变仿真值，这将是一项繁琐的工作，且不方便工程实践应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变计算方法，该方法将有限元仿真和理论计算相结合，建立表面缺口局部应变公式，为再制造毛坯裂纹打磨后表面缺口局部应变评估提供一套快捷、可靠的计算方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种再制造毛坯表面损伤打磨后局部应变计算方法，所述方法包括：

对再制造毛坯零件的表面损伤进行打磨，产生表面缺口；

开展不同缺口尺寸组合的非线性有限元分析，得到表面缺口局部应变仿真值；

采用Neuber法则对缺口组合分别进行局部应变理论计算；

将表面缺口非线性有限元分析的局部应变仿真结果赋予Δε_s；将传统Neuber法则的理论计算结果赋Δε；确定每组缺口尺寸的剩余厚度比采用剩余厚度比对初始数值Δε进行修正，得到表面缺口局部应变公式：

其中，Δε_s为表面缺口局部应变范围；Δε为采用Neuber法则评估的表面缺口应变范围；为剩余厚度比系数，其中v为剩余厚度修正指数，通过非线性有限元结果和理论计算结果拟合得到。

进一步地，对于TC4钛合金材质的再制造毛坯零件，v为-0.07。

进一步地，所述再制造毛坯表面损伤零件表面的服役损伤包括疲劳裂纹、点蚀坑、腐蚀坑、外物损伤中的一种或多种。

进一步地，损伤打磨产生的表面缺口的轴向截面和纵向截面为半椭圆形。

进一步地，Neuber法则所需应力集中系数K_t利用线弹性有限元获得。

进一步地，表面缺口根部曲率半径ρ由下式计算：

其中，d表示缺口深度，w表示缺口宽度，t表示零件厚度，单位均为mm。