[发明专利]一种小样本量测定航空发动机材料高周疲劳P-S-N曲线测试方法

说明书

本发明公开了一种小样本量测定航空发动机材料高周疲劳P‑S‑N曲线测试方法，包括：基于同一试样在不同应力水平下疲劳寿命在各自母体分布中相同的概率分布点符合式(4)表达式：式(4)中，n_ji为试样i在第j应力水平下的对数寿命，μ_j为第j应力水平下的对数寿命均值，σ_j为第j应力水平下的对数寿命标准差；下标j换为k时含义相同；不同应力水平下的各个寿命样本点之间存在一一对应的关系，根据式(4)的对应关系，把某一应力水平上的疲劳寿命等效到另一个应力水平上，实现样本信息聚集，进而由小样本试验得到当量大样本，并依据当量大样本数据进行寿命分布参数统计。本发明提供的方法是基于样本聚集原理，可通过少量试验数据得到疲劳寿命分布，并得到较为精确的P‑S‑N曲线。

技术领域

本发明涉及航空发动机材料疲劳性能测试技术领域，具体涉及一种小样本量测定航空发动机材料高周疲劳P-S-N曲线测试方法。

背景技术

现阶段国内对航空发动机材料常用的高周疲劳试验方法为：成组法测定材料中寿命区疲劳寿命，升降法确定材料疲劳极限；一般要用40～60件试样确定P-S-N曲线。室温试验需要 20天的时间，高温试验周期需要将近40天的时间。对于研究制备工艺、加工工艺及构件设计对发动机构件材料疲劳性能规律影响需要大量的高周疲劳性能测试，包括高温高周疲劳试验，传统方法存在试验周期长、试验费用高等问题。

航空发动机构件的工作环境恶劣、需要承受幅值及频率变化较大的交变机械载荷，对于高周疲劳性能有很高的要求。发展新型航空发动机构件成型工艺以及尺寸的特点，造成疲劳试样的取样难且废料多等问题。使用小样本数据处理方法能减少试验数量、缩短试验周期、节约试验成本。

国内外对于如何处理小样本数据得到P-S-N曲线都有一定的研究，在理论基础上国内外研究水平相当。但是，由于计算繁琐、且计算结果的可信程度评价不统一，小样本量试验方法在解决实际工程问题中应用较少。在国内，各高校及科研部门仍采用传统成组法和升降法的方法测定材料的高周疲劳性能(国标GB/T 24176)。

国外对于P-S-N曲线拟合的方法较为复杂、计算量较大，适用于综合利用历史数据，采用常规方法处理先验数据得到小样本问题较为正确的估计，以获得较高的曲线精度。对于通过改进大样本统计方法，使之尽可能适用于小样本问题，由于可信度不高，在工程部门很难推行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种小样本量测定航空发动机材料高周疲劳P-S-N曲线测试方法。本发明是基于样本聚集原理，使用较小的样本量(20件试样左右)测定金属材料在室温和高温下的疲劳性能(P-S-N曲线)的方法，将该方法用于航空发动机关键构件用钛合金、高温合金高周疲劳性能测试中，其曲线结果可直接用于评价钛合金、高温合金的锻件、铸锭的疲劳性能，加工工艺对关键构件疲劳性能的影响。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种小样本量测定航空发动机材料高周疲劳P-S-N曲线测试方法，其特征在于，包括：

基于同一试样在不同应力水平下疲劳寿命在各自母体分布中相同的概率分布点符合式 (4)表达式：

式(4)中，n_ji为试样i在第j应力水平下的对数寿命，μ_j为第j应力水平下的对数寿命均值，σ_j为第j应力水平下的对数寿命标准差；下标j换为k时含义相同；

不同应力水平下的各个寿命样本点之间存在一一对应的关系，根据式(4)的对应关系，把某一应力水平上的疲劳寿命等效到另一个应力水平上，实现样本信息聚集，进而由小样本试验得到当量大样本，并依据当量大样本数据进行寿命分布参数统计。

根据本发明的优选实施例，式(4)由以下步骤得出：