[发明专利]一种结构无限寿命下的轻量化设计方法

权利要求书

1.一种结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获得极限载荷下结构危险位置处沿深度方向的应力分布图，确定危险位置处的最大应力值；

步骤2，确定理想的静强度设计的裕度和理想的疲劳强度设计的裕度；

步骤3，基于静强度场的轻量化设计：设计步骤1中结构危险位置的静强度高于应力场的值为静强度设计的裕度，同时通过工艺处理保证结构其余位置的静强度高于应力分布；

步骤4，获得步骤1中结构危险位置处结构的疲劳强度分布图，确定危险位置处的最小的疲劳强度；

步骤5，基于疲劳强度场的轻量化设计：根据疲劳强度分布图，设计步骤1中所述危险位置的疲劳强度高于应力场的值为疲劳强度设计的裕度；结构危险位置的应力小于结构的疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤3中，结构的静强度用组织强度表示，组织强度由硬度表征，如式：

σ_b(i,j,k)＝f₁(H_(i,j,k))_(i,j,k)

式中，σ_b(i,j,k)为结构任一点的静强度场，f₁为强度硬度转换系数，H_(i,j,k)为结构任一点的硬度，i，j，k为正整数。

3.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤3中，所述工艺处理为热处理工艺。

4.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤4中，结构任一点的疲劳强度可由硬度和残余应力转换得到，转换关系如下：

σ_w(i,j,k)＝pH_(i,j,k)+qσ_{残余应力(i,j,k)}

式中，σ_w(i,j,k)为结构任一点的疲劳强度场，σ_{残余应力(i,j,k)}为结构任一点的残余应力，H_(i,j,k)为结构任一点的硬度，p为强度硬度转换系数，q为强度残余应力转换系数，i，j，k为正整数。

5.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤1中，通过有限元分析法或者材料力学计算获得所述应力分布图。

6.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤2中，所述静强度设计的裕度范围2～3；所述疲劳强度的设计裕度范围1～1.5。

7.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，在步骤1中，所述结构危险位置为不同截面的连接处。

8.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，所述最大应力值处位于所述结构危险位置的外表面。

9.根据权利要求1所述的结构无限寿命下的轻量化设计方法，其特征在于，所述最小的疲劳强度处为结构危险位置的芯部。