[发明专利]一种基于应变增量的疲劳极限快速预测方法

摘要

一种基于应变增量的疲劳极限快速预测方法属于材料疲劳极限快速预测领域。本发明发现在梯度应力载荷下，应变量变化规律与温升变化规律的确十分相似，既然Luong法可用梯度载荷下对应的稳定温升值预测疲劳极限，那么利用梯度载荷下的应变量理论上也可以快速预测疲劳极限。本发明利用疲劳试验机及其自带的引伸计(不需要依靠昂贵的高精度红外热像仪)，理论上最少仅用一根试样，在一天时间内就可以通过梯度加载下应变量的变化规律快速低成本预测出较为可靠的材料或简单构件的疲劳极限，而传统的升降法和成组法往往要花费数月时间，消耗大量的人力和财力，因此本发明具有较高的工程实用价值和显著的经济效益。

主权项

一种基于应变增量的疲劳极限快速预测方法_，其特征在于：疲劳试验所采用的设备为疲劳试验机，传感器为疲劳试验机自带的引伸计；制备中间具有平行段的板状试样或棒状疲劳标准试样，将引伸计跨越易疲劳破坏部位固定于试样上；选择大于零的平均应力，即σ_m>0，然后以抗拉强度σ_b的10％‑20％作为起始应力幅σ₀，在加载频率f为30Hz的正弦波波形下疲劳循环20000个周次，若未疲劳破坏，则以20MPa的梯度增加一个应力水平继续循环，即σ₁＝σ₀+20，以此类推σ_n+1＝σ_n+20，其中n≥0，直到试样断裂失效为止；当应力水平低于疲劳极限时，塑性应变增量Δε_SP成线性缓慢增大，当载荷水平超过疲劳极限后，塑性应变增量Δε_SP的成指数增加；从第3个应变增量Δε_S3开始分别对前面的应变增量数据进行基于最小二乘法的线性拟合得到拟合相关系数R₃，然后再对前4个应变增量数据进行线性拟合得到拟合相关系数R₄，依次类推，当前n个应变增量数据的线性拟合相关系数R_n<ε时，针对FV520B和KMN‑1，ε取经验值0.995，则第n个塑性应变增量Δε_Sn即为塑性应变增量突升的临界点，从该临界点处将塑性应变增量数据分为前后两部分；将两部分数据利用最小二乘法分别进行拟合，两拟合线的交点所对应的应力即为疲劳极限；基于应变增量的疲劳极限快速预测方法理论模型表示为：$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}}_{SP}={\mathrm{A\&sigma;}}_a+B& ({\mathrm{\&sigma;}}_a\&le;{\mathrm{\&alpha;}}_e)\\ {\mathrm{\&Delta;\&epsiv;}}_{SP}={\mathrm{C\&sigma;}}_a+D& ({\mathrm{\&sigma;}}_a\&gt;{\mathrm{\&sigma;}}_e)\end{array}\right.$其中σ_a为所施加载荷，σ_e为疲劳极限，塑性应变增量Δε_SP为各梯度载荷水平σ_n+1，其中n≥0加载完成后的最终应变量Δε_Si与起始应力水平σ₀下循环20000次后的最终应变量Δε_S0之差，即Δε_SP＝Δε_Si－Δε_S0。