基于Paris公式的疲劳寿命分析方法

文档序号:6652816阅读:3950来源:国知局
专利名称:基于Paris公式的疲劳寿命分析方法
技术领域
本发明涉及一种结构疲劳全寿命分析方法。
背景技术
机械机构在使用过程通常会受到交变载荷的作用,疲劳破坏是结构破坏的一种主 要形式。在疲劳寿命分析中,对于裂纹形成寿命的预测,通常采用疲劳累积损伤理论,而对 于裂纹扩展寿命的预测,则采用断裂力学的理论。由于这两种理论给出的寿命不能很好地 衔接起来,不便于构件的疲劳全寿命分析,材料的疲劳破坏本身是一个连续变化的过程,因 此用一个统一的理论来计算结构的疲劳寿命分布是可行的,在将断裂力学理论应用于疲劳 寿命分析,建立适合于疲劳裂纹形成和扩展全过程的寿命计算模型中,取得了一定的进展。目前对疲劳结构的疲劳全寿命分析方法主要采用以下两大类方法1)由El Haddad, Topper和Smith在1979年实现的基于“小裂纹”理论的疲劳全 寿命预测分析技术,该方法是在裂纹长度上添加了虚构的裂纹尺寸,但是现有的确定 方法具有局限性,不能考虑载荷、裂纹闭合效应、结构应力集中等的影响;2)由i^orman,Newman,De Koning和Henriksen发展的裂纹扩展公式,该公式可以 考虑小裂纹扩展阶段,但是该方法应用中需要针对该模型重新获得裂纹扩展材料常数,这 就需要进行大量的试验进行测定,影响了工程应用的效率;3)基于位错理论的滑移带模型,该模型从理论的角度进行了推到获得了结构的疲 劳寿命分析技术,但该技术应用复杂,需要对材料的微观材料常数,在工程中应用不方便。

发明内容
为了克服现有技术在工程应用中的复杂,以及需要测量大量的材料常数的不足, 本发明提出了一种基于应力比R = O的裂纹扩展数据和疲劳寿命曲线的全寿命分析方法, 能够运用现有的材料常数,对结构进行常幅载荷和随机载荷谱下的结构疲劳全寿命分析, 减少了材料常数的测试的费用和时间,为实际结构进行疲劳全寿命分析提供了一种可行的 方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤第一步通过材料静力学试验或查阅现有材料数据库获得材料的力学性能数据, 包括弹性模量E、泊松比μ、屈服强度Qys、强度极限Qb和材料颈缩比φ',第二步通过疲劳裂纹扩展试验或查阅现有的材料性能手册获得材料的疲劳SN 曲线和应力比R = O时的Paris材料常数;第三步查阅应力强度因子手册或通过有限元分析获得结构的应力强度因子曲 线;第四步进行裂纹长度影响因子&的计算,这里裂纹长度影响因子&是为了将损 伤容限的概念扩展运用到小裂纹阶段,as是一个对小裂纹状态下的裂纹长度的修正,相对 宏观参量裂纹长度a是一个微观小量;
第五步采用基于Paris的疲劳全寿命计算公式从初始裂纹长度到临界裂纹长 度&进行裂纹扩展寿命积分计算,得到最终结构疲劳全寿命;第六步输出基于Paris的疲劳全寿命。所述第四步裂纹长度影响因子&的计算包括以下步骤1)给出基于三参数的SN曲线的疲劳寿命
权利要求
1. 一种基于Paris公式的疲劳寿命分析方法,其特征在于包括下述步骤 第一步通过材料静力学试验或查阅现有材料数据库获得材料的力学性能数据,包括 弹性模量E、泊松比μ、屈服强度Qys、强度极限Qb和材料颈缩比ρ;第二步通过疲劳裂纹扩展试验或查阅现有的材料性能手册获得材料的疲劳SN曲线 和应力比R = O时的Paris材料常数;第三步查阅应力强度因子手册或通过有限元分析获得结构的应力强度因子曲线;第四步计算裂纹长度影响因子 =(Cf广:β0ηπ" 丨)-\)严,其中R为载荷应力比,^为结构初始构型影响因子,η是圆周率,%为材料的疲劳极限,k、Cs 曲线材 料参数,CP、n为Paris公式材料常数,Δ σ为载荷变化幅值;第五步采用基于Paris的疲劳全寿命计算公式从初始裂纹长度到临界裂纹长度ac进行裂纹扩展寿命积分计算,得到最终结构疲劳全寿命& = £'C;' (βΑσ^π(α + α3Υ da,其中β为构型影响因子;第六步输出基于Paris的疲劳全寿命。
全文摘要
本发明公开了一种基于Paris公式的疲劳寿命分析方法,获得材料的力学性能数据、疲劳SN曲线和应力比R=0时的Paris材料常数和结构的应力强度因子曲线后计算裂纹长度影响因子,采用基于Paris的疲劳全寿命计算公式从初始裂纹长度到临界裂纹长度进行裂纹扩展寿命积分计算,得到并输出最终结构疲劳全寿命。本发明只需要基本常用的材料常数,避免了大量材料常数的试验测量,这对工程应用中进行结构全寿命分析是非常重要的。
文档编号G06F19/00GK102129512SQ20111004518
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者傅祥炯, 殷之平, 谢伟, 黄其青 申请人:西北工业大学
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