[发明专利]不同应力比下材料疲劳门槛值的预测方法

摘要

本发明公开了不同应力比下材料疲劳门槛值的预测方法，先根据不同应力比下疲劳裂纹扩展数据推导疲劳门槛值的预测模型，再基于应力比为0.9下的疲劳门槛值实现对任意应力比下的疲劳门槛值的预测，其具体步骤为：⑴ΔK转换为ΔK₍₀₎，根据Kwofie模型，将任意应力比下的ΔK转换为应力比为0时的等效值ΔK₍₀₎；⑵拟合参数⑶确定A(R)和B(R)，建立ΔK_(R)同ΔK_(0.9)的关系；⑷根据ΔK_th(0.9)预测疲劳门槛值。本发明仅需通过获得R=0.9的疲劳门槛值，就可根据预测模型实现对各种应力比下疲劳门槛值的预测；所述预测模型仅同应力比有关，形式简单，参数较少，可显著节约试验用材、时间和成本，提高工作效率；模型用于预测同一类材料不同工艺状态的疲劳门槛值十分有效。

主权项

不同应力比下材料疲劳门槛值的预测方法，其特征在于，先根据不同应力比下疲劳裂纹扩展数据建立疲劳门槛值的预测模型，再基于应力比为0.9下的疲劳门槛值，实现对任意应力比下的疲劳门槛值的预测，其具体步骤如下：（1）ΔK转换为ΔK₍₀₎根据Kwofie模型，将任意应力比下的ΔK转换为应力比为0时的等效值ΔK₍₀₎，所述等效值ΔK₍₀₎应符合如下关系：${\mathrm{\ΔK}}_{\left(0\right)}={\mathrm{\ΔK}}_{\left(R\right)}\exp \left(\mathrm{\α}\frac{2R}{1-R}\right),$式中：R‑应力比；ΔK_(R)‑任意R时的应力强度因子范围；ΔK₍₀₎‑R=0时的等效应力强度因子范围；α‑平均应力敏感系数，表示da/dN=1×10^‑6mm/cyc时ln(ΔK_R)同(1+R)/(1‑R)关系的斜率；（2）拟合参数$\frac{\mathrm{da}}{\mathrm{dN}}=C_{0\left(R\right)}{\left({\mathrm{\ΔK}}_{0\left(R\right)}\right)}^{m_{0\left(R\right)}}$根据Paris公式拟合da/dN与ΔK₀的关系，确定各应力比下的C_0(R)和m_0(R)；$\frac{\mathrm{da}}{\mathrm{dN}}=C_{0\left(R\right)}{\left({\mathrm{\ΔK}}_{0\left(R\right)}\right)}^{m_{0\left(R\right)}},$式中：C_0(R)‑任意R时Paris公式中的系数；m_0(R)‑任意R时Paris公式中的指数；（3）确定A(R)和B(R)，建立ΔK_(R)同ΔK_(0.9)的关系，即，${\mathrm{\ΔK}}_{\left(R\right)}=\frac{1}{A\left(R\right)}{{\mathrm{\ΔK}}_{\left(0.9\right)}}^{1-B\left(R\right)},$式中：$A\left(R\right)={\left(\frac{C_{0\left(R\right)}}{C_{0\left(0.9\right)}}\right)}^{\frac{1}{m_{0\left(R\right)}}}/\exp ({18\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\α}\frac{2R}{1-R}),$$B\left(R\right)=(1-\frac{m_{0\left(0.9\right)}}{m_{0\left(R\right)}}),$可确定其与R的函数关系；ΔK_(0.9)‑R=0.9时的应力强度因子范围；C_0(0.9)‑R=0.9时Paris公式中的系数；m_0(0.9)‑R=0.9时Paris公式中的指数；α₂‑R=0.9时的平均应力敏感系数；其中，R≥0.7时，α=α₂；（4）根据ΔK_th(0.9)预测疲劳门槛值ΔK_(R)的关系中，在已知A(R)和B(R)的条件下，任意R下的ΔK_(R)值可通过R=0.9下的数据进行预测；而对于da/dN=1×10^‑7mm/cyc，任意R下的ΔK_th仅需通过R=0.9下的疲劳门槛值即可预测。