[发明专利]一种考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测方法

说明书

本发明公开的一种考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测方法，属于材料科学与工程应用技术领域。本发明包括如下步骤：步骤一，建立接触结构在微动载荷下的有限元模型；步骤二，更新受磨损影响的在微动载荷下的有限元模型；步骤三，确定裂纹扩展速率dl/dN和裂纹扩展角度θ，并更新裂纹扩展后的受磨损影响的在微动载荷下的有限元模型；步骤四，完成考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测；还包括步骤五：根据步骤四得到的考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测结果，得到考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展规律，解决微动疲劳裂纹扩展领域实际工程问题。本发明能够实现考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测，具有精度高的优点。

技术领域

本发明涉及一种接触机构的微动疲劳裂纹扩展寿命预测方法，属于材料科学与工程应用技术领域。

背景技术

目前，微动疲劳问题广泛存在于机械接触配合结构中，如螺栓连接件、过盈配合件、内燃机机体和主轴承盖的接触面以及隔框、桁条和蒙皮的搭接组合结构都比较容易发生微动疲劳损伤。不同于常规疲劳，微动疲劳裂纹扩展寿命占据了大部分的疲劳寿命。因此，准确预测疲劳裂纹扩展寿命能够大大提高构件的使用容限设计。

当前针对微动疲劳裂纹扩展寿命的预测通常会忽略磨损的影响，微动磨损能够逐渐减少试件表层的材料，当裂纹处于磨损轮廓范围内，其实际裂纹长度往往会受到磨损的影响。当微动接触方式为柱-面接触时，磨损会使接触面积增加，从而改变驱使裂纹扩展的外载荷。磨损的影响在一定程度上会提高微动疲劳裂纹扩展寿命，因此在计算微动疲劳裂纹扩展寿命时将磨损行为考虑在内可以大大提高材料的损伤容限设计，充分发挥材料性能。

发明内容

本发明公开的一种考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测方法要解决的技术问题为：实现考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测，具有精度高的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种考虑磨损影响下的微动疲劳裂纹扩展寿命预测方法，包括如下步骤：

步骤一，建立接触结构在微动载荷下的有限元模型。

所述的接触结构在微动载荷下的有限元模型包括压头模型与试件模型，试件模型的接触表面包含至少一条初始裂纹，初始裂纹的长度l_i和初始裂纹角度θ根据实际情况确定。

步骤二，更新受磨损影响的在微动载荷下的有限元模型。

步骤2.1：对压头模型施加法向压力F，对试件模型一端施加循环载荷σ_B，通过建立的有限元模型计算接触面的接触压力分布与相对滑移值分布。

步骤2.2：通过计算所得的接触压力分布与相对滑移值分布，采用磨损模型计算磨损量体积V。

步骤2.3：为了能够通过有限元方法计算接触面每一个节点位置的磨损深度h，将步骤2.2采用磨损模型转化成计算每一个节点的磨损深度增量Δh的磨损模型。

步骤2.4：考虑到计算每一个循环的磨损量会增加工作量，需采用循环跳跃技术，在一定工作循环ΔN内磨损增量是保持不变的，ΔN为预设的工作循环增量数。因此，对计算ΔN个循环磨损深度增量的磨损模型修改成Δh_ΔN(x,t)。

步骤2.5：通过步骤2.4计算所得的磨损深度增量值Δh_ΔN(x,t)更新受磨损影响的有限元模型接触面节点在垂直于接触面方向上的位置，以实现接触面轮廓的改变。在对压头施加的法向压力不变的情况下，接触面轮廓的改变会改变接触面每一个节点的接触压力与接触剪切力，同时也会消减预置裂纹的实际长度，即完成更新受磨损影响的在微动载荷下的有限元模型。

作为优选，

步骤二具体实现方法为，