[发明专利]基于残余应力层和显微硬度层的Ti1023构件疲劳极限分布计算方法

摘要

本发明公开了一种基于残余应力和显微硬度层的构件疲劳极限分布计算方法，具体包括以下步骤：步骤1，测试构件表面变质层中不同深度下的残余应力和显微硬度值；步骤2，对步骤1所得的测试数据进行残余应力与显微硬度沿深度分布的数字化建模；步骤3，确定显微硬度HV与疲劳极限σ_w的关系，建立包含显微硬度层的疲劳极限分布；步骤4，根据步骤3所得结果以及Goodman关系，求包含残余应力层和显微硬度层的疲劳极限分布。本发明提供的方法简单，可以快速获得构件不同深度下的疲劳极限，实现对残余应力和显微硬度分布合理性的快速判断。

主权项

1.基于残余应力层和显微硬度层的Ti1023构件疲劳极限分布计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，测试构件表面变质层中不同深度下的残余应力和显微硬度值；步骤2，对步骤1所得的测试数据进行残余应力与显微硬度沿深度分布的数字化建模；步骤3，确定显微硬度HV与疲劳极限σ_w的关系，建立包含显微硬度层的疲劳极限分布；步骤4，根据步骤3所得结果以及Goodman关系，求包含残余应力层和显微硬度层的疲劳极限分布；所述步骤1的具体过程如下：步骤1.1，通过残余应力测试系统在构件表面变质层上采用电化学剥层法测量不同深度下的残余应力值，直到测得的残余应力为零为止；步骤1.2，通过显微硬度计在构件变质层上采用垂直切面法测量不同深度下的显微硬度值，直到显微硬度值达到材料基体硬度为止；所述步骤2的具体过程如下：步骤2.1，根据步骤1.1所得的残余应力测试值确定表面残余压应力σ_rsur、残余压应力峰值σ_Cmax、残余压应力峰值深度h_Cmax、残余压应力层深度h_C，建立残余应力σ_r(h)分布数学模型如公式(1)所示：步骤2.2，根据步骤1.2所得的显微硬度测试值确定表面显微硬度HV_sur、材料基体硬度HV₀、硬化层深度h_H，建立显微硬度HV(h)数学模型如公式(2)所示：所述步骤3的具体过程如下：步骤3.1，当材料硬度小于445HV时，根据如下公式(3)确定材料抗拉强度σ_b：σ_b＝3.29HV‑47        (3)；其中，HV表示显微硬度，445HV表示材料硬度为445HV；步骤3.2，根据如下公式(4)建立疲劳极限σ_w与抗拉强度σ_b的关系：σ_w＝βσ_b                (4)；其中，β是抗拉强度与疲劳极限的比例系数；步骤3.3，将公式(3)代入公式(4)中，得疲劳极限σ_w与显微硬度的关系如公式(5)所示：σ_w＝β(3.29HV‑47)                  (5)；步骤3.4，根据步骤3.3所得的显微硬度HV与疲劳极限σ_w的关系式，得包含显微硬度的疲劳极限如公式(6)所示：步骤3.5，根据步骤3.4得到包含显微硬度的疲劳极限得包含显微硬度层的疲劳极限分布如公式(7)所示：所述步骤4的具体过程如下：步骤4.1，不考虑平均应力对疲劳的影响时，Goodman方程能改写为下式(8)：其中，σ_w0是平均应力为零时的疲劳极限，σ_r为残余应力；步骤4.2，将式(3)和(6)代入式(8)中，得到包含残余应力和显微硬度的疲劳极限如公式(9)所示：此时，σ_w0＝σ_w^H；步骤4.3，根据步骤4.2所得的包含残余应力和显微硬度的疲劳极限即得包含残余应力层和显微硬度层的疲劳极限分布如公式(10)所示：将公式(7)代入公式(10)中，得到简化后的包含残余应力层和显微硬度层的疲劳极限分布如公式(11)所示：