[发明专利]恒变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度评估方法及装置

说明书

一种恒变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度评估方法及装置，该方法包括：估算机械结构疲劳寿命的最小寿命参数、尺度参数及形状参数；建立一设定可靠度下的可靠度等级因数模型，基于该模型得到可靠度等级因数；建立一设定置信度下的置信度等级因数模型，基于该模型得到置信度等级因数；计算机械结构设定可靠度及设定置信度下的特征疲劳寿命值；计算在设定可靠度及设定置信度下机械结构的强度参考值；计算机械结构在设定置信度条件下的特征疲劳寿命值并评估机械结构在恒幅加载下的疲劳寿命可靠度；假定变幅加载为多级横幅加载的集合，并基于一等效可靠度模型将各级横幅加载下预期服役循环次数进行等效，计算机械结构在变幅加载下的疲劳寿命可靠度。

技术领域

本发明涉及机械结构疲劳寿命评估技术，特别涉及一种恒变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度评估方法及装置。

背景技术

随着工业的不断发展，人们要求机械设备高速化、轻量化、重载化以及高强度化的同时，也越来越重视机械结构的寿命可靠度和置信度。机械结构的疲劳寿命可靠度高、置信度高，意味着其无故障工作至预期寿命的可能性越大，产品的市场竞争力越高。传统的机械结构疲劳寿命可靠度评估方法通过假定结构的疲劳寿命服从正态分布，然后根据绘制的概率-应力-寿命曲线来判断机械结构的疲劳寿命可靠度，但对机械结构疲劳寿命的高置信度要求难以满足。另外，这种传统方法采用的应力-寿命关系模型只能适应于10⁴-10⁶循环周次的寿命区间，无法满足当今工业对机械结构的高服役寿命要求。并且这种传统方法只能对横幅加载下机械结构的疲劳寿命进行可靠度评估，无法评估变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度，而机械结构在真实工况下承受的应力幅值大多是变化的。此外，这种传统方法在进行评估的时候没有考虑平均应力和疲劳极限对于疲劳寿命可靠度的影响。

发明内容

本发明提供了一种恒变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度评估方法及装置，以对机械结构在横幅加载下或变幅加载下的任意寿命区间进行可靠度评估，以便对机械结构进行设计和改进。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种恒变幅加载下机械结构的疲劳寿命可靠度评估方法，包括：

根据三参数威布尔分布函数估算机械结构疲劳寿命的最小寿命参数、尺度参数及形状参数；

建立一设定可靠度下的可靠度等级因数模型，将估算出的所述形状参数输入所述可靠度等级因数模型，得到可靠度等级因数；

建立一设定置信度下的置信度等级因数模型，将所述最小寿命参数、尺度参数输入所述置信度等级因数模型，得到置信度等级因数；

根据所述最小寿命参数、尺度参数、可靠度等级因数及置信度等级因数计算机械结构在所述设定可靠度及设定置信度下的特征疲劳寿命值；

基于细节疲劳额定值法，并引入三参数应力-寿命曲线模型扩展评估寿命范围，得到在所述设定可靠度及设定置信度条件下机械结构的强度参考值；

如果机械结构的S_max-r和机械结构所处的工况(即S_a和S_m)是已知的，那么机械结构在设定可靠度及设定置信度条件下的特征寿命值N_D/C便可被确定。利用所述强度参考值、所述设定可靠度及设定置信度下的特征疲劳寿命值与所述强度参考值之间的关系，计算所述机械结构在所述设定置信度条件下的特征疲劳寿命，根据所述设定置信度条件下的特征疲劳寿命的计算及机械结构在一恒幅加载下的预计服役寿命n_t，计算机械结构的疲劳寿命超过该n_t值的概率即机械结构在该恒幅加载下的可靠度D；

假定机械结构承受的变幅加载为k级不同应力幅值和循环次数的恒幅加载的集合，根据所述设定置信度条件下特征疲劳寿命的计算模型得到第i级恒幅应力下的特征疲劳寿命，然后基于一等效可靠度模型，将各级应力幅值下预期承受的循环次数进行等效，计算所述机械结构在变幅加载下的疲劳寿命可靠度D_k，i≤k。