基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，首先通过Mittag-Leffler分布刻画复合材料的疲劳寿命分布，然后结合修正的Miner等损伤原则，确定复合材料的累计损伤统计分布，最后采用蒙特卡罗法预测复合材料在不同载荷循环次数下的疲劳可靠度。Mittag-Leffler分布比现在常用的三参数Weibull分布的参数少，且参数的物理意义明确；改进的Miner等损伤原则，考虑了作用于复合材料上载荷顺序的影响，且技术特点简单，方便工程技术人员的使用。本发明可用于预测复合材料的疲劳可靠度，是制定复合材料构件修复计划的参考，具有重要的理论和工程意义。
【专利说明】基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料疲劳可靠性领域，具体涉及一种基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法。
【背景技术】
[0002]目前，复合材料已广泛应用于航空航天、生物医学、建筑材料、电子器械等领域。复合材料属于脆性材料，力学性能分散性很大，工程设计中通常采用材料的某个可靠度指标对应的统计值，因此需要明确材料性能的统计规律。
[0003]现有预测复合材料可靠度的方法中，通常将累计损伤作为随机变量，利用复合材料的疲劳寿命分布确定累计损伤的随机分布。大量试验表明复合材料疲劳寿命的分散性非常大，且对应分布的方差无穷大，这样导致分布的尾部为幂律。然而常用的分布，包括对数正态分布、威布尔分布等的尾部形式均为指数，不能准确描述疲劳寿命的分散性，给复合材料构件的设计和修复带来了很大的麻烦。
[0004]在国内外，已有多项专利技术应用于疲劳可靠度预测，如专利CN102567622A “基于概率累积损伤的岸桥结构风振疲劳可靠度预测方法”，利用有限元模型计算应力响应时程，进而得到变幅应力谱的疲劳统计分布，以此预测风振疲劳可靠度；专利US2012/8285522Materials_based failure analysis in design of electronicdevices,通过应力响应，结合概率方法的数值模型，评估电子设备的疲劳可靠性；专利CN103018063A “基于Mittag-Leffler分布的桥梁随机疲劳寿命预测方法”，采用Mittag-Leffler分布的概率密度函数刻画应力幅分布,结合Miner准则的统计形式预测桥梁的动态疲劳寿命；CN102331343A “增压器涡轮疲劳寿命预测及其可靠性评价方法”，通过计算涡轮材料疲劳寿命的其均值和标准差，确定功能函数，评价涡轮的可靠性。上述前两种方法计算量大，不利于实际工程操作；第三种方法采用的是Mittag-Leffler分布的概率密度分布，预测疲劳可靠度需要采用的是Mittag-Leff Ier分布的累计分布函数；第四种方法仅采用涡轮材料试验数据的均值和标准差，不适用于描述复合材料试验数据的分散性；
[0005]因此，需要一种新的复合料疲劳可靠度预测方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术中复合材料疲劳可靠度预测方法的的缺陷，提供一种基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法所采用的技术方案为:
[0008]一种基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，包括以下步骤:
[0009](I)、获取复合材料的疲劳寿命试验数据；
[0010](2)、利用Mittag-Leffler分布确定步骤(I)中复合材料的疲劳寿命的统计分布，所述Mittag-Leffler分布的累积分布函数的表达式为:[0011]
【权利要求】
1.一种基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、获取复合材料的疲劳寿命试验数据； (2)、利用Mittag-Leffler分布确定步骤(1)中复合材料的疲劳寿命的统计分布,所述Mittag-Leffler分布的累积分布函数的表达式为:
2.根据权利要求1所述的基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，其特征在于，步骤(5)中采用蒙特卡罗法预测复合材料在不同载荷循环次数下的疲劳可靠度包括以下步骤: 1)、采用下式生成疲劳寿命对应的Mittag-Leffler分布的随机数τ，
τ = - σ In u (sin ( α π ) /tan ( α ji ν) -cos ( α ji ))1/α 其中，α为稳定指数，σ为尺度参数，u和ν是(0，I)区间上的均匀分布； 2)、利用随机数τ计算累积损伤的值，统计d<I的个数h，并利用下式计算复合材料的疲劳可靠度R，
3.根据权利要求1所述的基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，其特征在于，步骤(1)中通过在疲劳机上作轴向加载试验，获取所要测试复合材料的疲劳寿命试验数据。
4.根据权利要求1所述的基于疲劳寿命分布的复合材料可靠度预测方法，其特征在于,步骤(2)中利用分数阶矩确定Mittag-Leffler分布的尺度参数σ的值,利用最小二乘法确定稳定指数α 的值。
【文档编号】G06F17/50GK103778276SQ201310738670
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】陈文 , 梁英杰 申请人:河海大学