[发明专利]一种基于临界面法的多轴短裂纹扩展寿命预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及多轴疲劳强度理论领域，特指一种基于临界面法的多轴短裂纹扩展寿命预测方法。

背景技术

在许多工程领域如核电站、汽车、飞机、和压力容器等，结构部件承受复杂的多轴载荷作用，多轴疲劳研究已成为各国研究的一项重要内容。多轴载荷下的损伤累积、裂纹萌生与扩展、寿命预测方法等与单轴加载相比需要考虑更多因素的影响。所以，进行多轴载荷下的短裂纹扩展模型与寿命预测方法研究有重要的工程意义。

研究短裂纹问题，有利于从微观、亚微观的层次去认识疲劳，从而了解疲劳的全过程；有利于深入理解疲劳极限、疲劳门槛值，裂纹萌生和早期扩展以及疲劳各个阶段的物理本质。对于多轴短裂纹扩展，由于缺乏应力强度因子的精确解，再加上获得多轴疲劳短裂纹的试验数据较困难，多轴疲劳短裂纹扩展模型的研究进展缓慢。因此，深入研究低周多轴小裂纹扩展机理与寿命预测方法，并能扩展应用到实际工程领域，是一项非常有意义的工作。

发明内容

本发明目的在于针对多轴疲劳强度设计的需求，提出了一种基于临界面法的多轴短裂纹扩展寿命预测方法。

本发明所提供的一种基于临界面法的多轴短裂纹扩展模型，其步骤为：

步骤1)：薄壁管件在多轴恒幅加载状态下，裂纹主要萌生于最大剪应变范围所在的平面；选取最大剪应变范围所在平面为临界面，利用该临界面上的损伤参量来表征短裂纹扩展驱动力具有明确的物理意义；

步骤2)：基于剪切型多轴疲劳损伤参量，建立适用于多轴应力状态下的等效裂纹应力强度因子；选取最大剪应变范围Δγ_max为主要的裂纹扩展驱动力参量；该方法以最大剪应变范围所在平面为临界面，而且相邻的最大剪应变转折点之间的法向应变范围对裂纹扩展有着重要影响；该等效应力强度因子ΔK_eff公式为：

ΔKeff=G3(Δϵn*)2+(Δγmax)2πa]]>

其中，Δγ_max为最大剪应变范围，为相邻最大剪应变转折点之间的法向应变范围，a为半裂纹长度，G为剪切模量；

步骤3)：通过拟合单轴加载下的短裂纹扩展速率与应力强度因子数据，得出单轴短裂纹扩展曲线，并以此为基线进行下一步计算；Paris形式的裂纹扩展曲线公式如下：