专利名称：多轴疲劳分析方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体材料的疲劳强度特性测试领域，特别涉及一种多轴疲劳分析技术。
背景技术：
多轴(含双轴，以下统称为多轴)疲劳是指多轴向应力或应变作用下的疲劳，也称为复合疲劳。多轴疲劳损伤发生在多轴循环加载条件下，加载过程中有两个或三个应力(或应变)分量独立地随时间发生周期性变化。这些应力(应变)分量的变化可以是同相位的，按比例的，也可以是非同相、非比例的。通常情况下，将多轴疲劳的问题等效为单轴疲劳问题来处理，这样的计算结果偏于保守，同时，等效为单轴的方法没有考虑到疲劳失效的裂纹的方向性，这种处理方法忽略了疲劳失效的内在机理，从而不够准确。 多轴疲劳可以分为比例加载和非比例加载。至今多轴疲劳的寿命计算方法很多，在这些多轴疲劳算法中，至少需要两个方向的载荷(幅值、均值)作为寿命计算的输入条件，如何有效地从复杂的载荷时间历程中获得用于寿命计算的载荷循环计数是影响疲劳分析效果的关键。现有的雨流计数法技术能够处理一组载荷数据的循环计数。不能在雨流循环计数之前进行比例载荷和非比例载荷的判断，无法有效地处理2组载荷变量之间的协同雨流循环计数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多轴疲劳分析方法及其系统，更加有效地确定疲劳损伤的主轴向，更加合理地确定疲劳损伤的载荷，更加快速地处理比例多轴的疲劳寿命计算过程。 为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种多轴疲劳分析方法，包括以下步骤读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成；对N组载荷数据组进行相关性分析；若分析结果大于预定门限，则先对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命；若分析结果不大于预定门限，则对N组载荷数据组先进行本发明所提出的多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。本发明的实施方式还公开了一种多轴疲劳分析系统，包括以下模块读取模块，用于读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成；分析模块，用于对读取模块读取的N组载荷数据组进行相关性分析；第一处理模块，用于若分析模块分析出的分析结果大于预定门限，则先对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命；第二处理模块，用于若分析模块分析出的分析结果不大于预定门限，则对N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于先于疲劳分析进行数据分析，可以有效合理地确定疲劳损伤的主轴向及其载荷，从而加快相关性分析结果大于预定门限的比例多轴数据组的疲劳寿命计算过程。将数据分析的技术应用在确定疲劳计算的载荷处理上，更加有效地确定疲劳损伤的主轴向，更加合理地确定疲劳损伤的载荷，更加快速地处理比例多轴的疲劳寿命计算过程。
进一步地，通过比较方差大小确定主轴载荷数据组和副轴载荷数据组，以便按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法，从而获取损伤或寿命。进一步地，在载荷数据相关性分析之前，先进行主轴载荷数据组的参数计算，为比例载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理和为非比例载荷数据组进行多轴寿命算法或疲劳安全系数算法提供必要前提条件。进一步地,在主轴载荷数据组的参数计算之后,再进行副轴载荷数据组的参数计算，为非比例载荷数据组进行多轴寿命算法或疲劳安全系数算法提供必要前提条件，进一步加快了疲劳分析速度。进一步地，通过等效单轴处理方法，使得比例多轴载荷数据组可以按照单轴载荷数据处理，从而进一步减少计算量和增加准确性。
图I是本发明第一实施方式中一种多轴疲劳分析方法的流程示意图；图2是本发明第二实施方式中一种多轴疲劳分析方法的载荷数据组示意图；图3是本发明第二实施方式中一种多轴疲劳分析方法的流程示意图；图4是本发明第三实施方式中一种多轴疲劳分析系统的结构示意图；图5是本发明第四实施方式中一种多轴疲劳分析系统的结构示意图。
具体实施例方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明第一实施方式涉及一种多轴疲劳分析方法。图I是该多轴疲劳分析方法的流程示意图。该多轴疲劳分析方法包括以下步骤读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成。
对N组载荷数据组进行相关性分析。若分析结果大于预定门限，则先对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。若分析结果不大于预定门限，则对N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。先于疲劳分析进行数据分析，可以有效合理地确定疲劳损伤的主轴向及其载荷，从而加快相关性分析结果大于预定门限的比例多轴数据组的疲劳寿命计算过程。将数据分析的技术应用在确定疲劳计算的载荷处理上，更加有效地确定疲劳损伤的主轴向，更加合理地确定疲劳损伤的载荷，更加快速地处理比例多轴的疲劳寿命计算过程。 作为本发明的一个优选实施例，如图I所示，该多轴疲劳分析方法包括以下步骤在步骤101中，读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成。此后进入步骤102，对N组载荷数据组进行相关性分析。此后进入步骤103，判断上述相关性分析结果是否大于预定门限。若大于，则进入步骤104 ;否则进入步骤106。在步骤104中，若分析结果大于预定门限，则对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理。此后进入步骤105，对等效单轴载荷数据处理按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命，此后结束本流程。在步骤106中，若分析结果不大于预定门限，则对N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理。此后进入步骤107，按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命，此后结束本流程。本发明第二实施方式涉及一种多轴疲劳分析方法。图3是该多轴疲劳分析方法的流程示意图。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于通过比较方差大小确定主轴载荷数据组和副轴载荷数据组，以便按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法，从而获取损伤或寿命。在载荷数据相关性分析之前，先进行主轴载荷数据组的参数计算，为比例载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理和为非比例载荷数据组进行多轴寿命算法或疲劳安全系数算法提供必要前提条件。在主轴载荷数据组的参数计算之后，再进行副轴载荷数据组的参数计算，为非比例载荷数据组进行多轴寿命算法或疲劳安全系数算法提供必要前提条件，进一步加快了疲劳分析速度。通过等效单轴处理方法，使得比例多轴载荷数据组可以按照单轴载荷数据处理，从而进一步减少计算量和增加准确性。具体地说在对N组载荷数据组进行相关性分析的步骤之前，还包括以下步骤统计并计算N组载荷数据组中每组载荷数据的平均值及方差。确定方差最大的载荷数据组作为主轴载荷数据组，对于非主轴载荷数据组的其他载荷数据组，确定为副轴载荷数据组。此外，可以理解，作为本发明的一个优选实施方式，现以两组载荷数据组为例来阐述对N组载荷数据组进行相关性分析的步骤之前，统计并计算N组载荷数据组中每组载荷数据的平均值及方差的过程I)至少需要准备2组载荷数据(载荷历程，点数相同)。2)记录每个载荷数据值及其在原始2组载荷数据组中的顺序号。具体方法如下I)首先读入2组载荷数据，在此分别记为是SI (ID)和S2 (ID)，假定每组有n个数据，其中，ID表示在对应载荷数据组中的载荷数据值的序号，如图2所示。2)采用数理统计的方法，分别计算2组载荷数据的平均值E(S1)，E(S2)和方差D (SI)，D (S2)，如下所述
权利要求
1.ー种多轴疲劳分析方法，其特征在于，包括以下步骤 读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成； 对所述N组载荷数据组进行相关性分析； 若分析结果大于预定门限，则先对所述N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命； 若分析结果不大于预定门限，则对所述N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。
2.根据权利要求I所述的多轴疲劳分析方法，其特征在于，在所述对N组载荷数据组进行相关性分析的步骤之前，还包括以下步骤 统计并计算所述N组载荷数据组中每组载荷数据的平均值及方差； 确定所述方差最大的载荷数据组作为所述主轴载荷数据组，对于非主轴载荷数据组的其他载荷数据组，确定为所述副轴载荷数据组。
3.根据权利要求2所述的多轴疲劳分析方法，其特征在于，在所述对N组载荷数据组进行相关性分析的步骤之前，还包括以下步骤 统计所述主轴载荷数据组中的循环数Cycle ； 记录所述主轴载荷数据组中的每个循环的最大载荷数据(Szmax(Cycle), IDl)和最小载荷数据(Szmin(Cycle)，ID2)，其中IDl和ID2分别为主轴载荷数据组中每个循环所对应的最大载荷数据值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N组载荷数据组中的序号； 计算所述主轴载荷数据组中的每个循环的幅值ASz(Cycie) Sziiisx(CycIe)- Szmin(Cycle]2 2 . 计算所述主轴载荷数据组中的每个循环的均值__ Szmax(Cycle) + SzminCC^IelSz(Cycie)=--- O
4.根据权利要求3所述的多轴疲劳分析方法，其特征在于，在所述对N组载荷数据组按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法的步骤之前，还包括以下多轴雨流统计处理步骤 在所述副轴载荷数据组中，根据所述主轴载荷数据组中的每个循环所对应的最大载荷数据值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N组载荷数据组中的序号IDl和ID2，查找并记录所述序号IDl和ID2所对应的姆个循环的最大载荷数据(Sfmax(Cycle), IDlf)和最小载荷数据(Sfmin(Cycle), ID2f),其中Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分别为副轴载荷数据组中每个循环所对应的最大载荷数据值和最小载荷数据值，其中，IDlf和ID2f的确定方式为序号IDl和ID2对应的副轴载荷按照大小比对之后，较小的载荷对应的序号是ID2f，较大的ー个对应序号是IDlf ； 计算所述副轴载荷数据组中的每个循环的幅值
5.根据权利要求3所述的多轴疲劳分析方法，其特征在于，所述对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理的步骤，还包括以下子步骤计算■等效载荷幅值^
6.—种多轴疲劳分析系统,其特征在于,包括以下模块 读取模块，用于读取预先获取的N组载荷数据组，N为大于I的正整数，每组载荷数据组由对应地表征载荷历程的有序数据值组成； 分析模块，用于对所述读取模块读取的N组载荷数据组进行相关性分析； 第一处理模块，用于若所述分析模块分析出的分析结果大于预定门限，则先对所述N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命； 第二处理模块，用于若所述分析模块分析出的分析结果不大于预定门限，则对所述N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命。
7.根据权利要求6所述的多轴疲劳分析系统，其特征在于，还包括第一统计模块，用于统计并计算所述N组载荷数据组中每组载荷数据的平均值及方差; 确定模块，用于确定所述第一统计模块统计到的方差最大的载荷数据组作为所述主轴载荷数据组，对于非主轴载荷数据组的其他载荷数据组，确定为所述副轴载荷数据组。
8.根据权利要求7所述的多轴疲劳分析系统，其特征在于，还包括 主轴统计模块，用于统计所述确定模块确定的主轴载荷数据组中的循环数Cycle ； 主轴记录模块，用于记录所述确定模块确定的主轴载荷数据组中的每个循环的最大载荷数据(Szmax(Cycle), IDl)和最小载荷数据(Szmin(Cycle), ID2)，其中IDl和ID2分别为主轴载荷数据组中姆个循环所对应的最大载荷数据值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N组载荷数据组中的序号；主轴幅值模块，用于计算所述确定模块确定的主轴载荷数据组中的每个循环的幅值
9.根据权利要求8所述的多轴疲劳分析系统，其特征在于，还包括 副轴记录模块，用于在所述副轴载荷数据组中，根据所述主轴载荷数据组中的每个循环所对应的最大载荷数据值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N组载荷数据组中的序号IDl和ID2，查找并记录所述序号IDl和ID2所对应的每个循环的最大载荷数据(Sfmax (Cycle), IDlf)和最小载荷数据(Sfmin (Cycle), ID2f),其中 Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分别为副轴载荷数据组中每个循环所对应的最大载荷数据值和最小载荷数据值，其中，IDlf和ID2f的确定方式为序号IDl和ID2对应的副轴载荷按照大小比对之后，较小的载荷对应的序号是ID2f，较大的一个对应序号是IDlf ； 副轴幅值模块，用于计算所述确定模块确定的副轴载荷数据组中的每个循环的幅值
10.根据权利要求6所述的多轴疲劳分析系统，其特征在于，所述第一处理模块，还包括以下子模块 等效幅值子模块，用于计算等效载荷幅值
全文摘要
本发明涉及固体材料的疲劳强度特性测试领域，公开了一种多轴疲劳分析方法及其系统。更加有效合理地确定疲劳损伤的主轴向及其载荷，以快速处理多轴疲劳寿命计算过程。本发明中，包括以下步骤读取预先获取的N组载荷数据组；对N组载荷数据组进行相关性分析；若分析结果大于预定门限，则先对N组载荷数据组进行等效单轴载荷数据处理，再对该处理结果按照单轴疲劳寿命计算或安全系数算法进行疲劳分析，获取损伤或寿命；若分析结果不大于预定门限，则对N组载荷数据组先进行多轴雨流统计处理，再按照多轴寿命算法或疲劳安全系数算法，获取损伤或寿命。
文档编号G01N3/32GK102706757SQ201210141580
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者张湝渭, 焦晓娟 申请人:上海博览达信息科技有限公司