[发明专利]一种综合考虑喷丸强化效果的疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种综合考虑喷丸强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)针对欲进行喷丸强化寿命预测的材料结构，获取强化表面喷丸强化之后的残余应力、表面粗糙度的数值；所述残余应力、表面粗糙度的数值通过开展相应材料结构的喷丸强化试验获取或者进行喷丸强化工艺的有限元仿真进行；所述试验获取是通过对材料表面进行X射线衍射测量材料表面的残余应力，利用粗糙度测量仪器完成粗糙度测量；所述有限元仿真是指通过ABAQUS软件，建立喷丸冲击强化的代表性体积单元模型，根据试验参数进行数值模拟，获取喷丸强化之后残余应力与表面粗糙度的数值；

(2)通过X射线衍射方法获取材料喷丸前后衍射线半高宽(FWHM)的变化；所述衍射线半高宽(FWHM)是由材料表层微观组织决定的，在一定程度上反映微观残余应力表层微观组织变化；

(3)将残余应力、表面粗糙度与表层微观组织变化考虑到Sines寿命准则中，添加反应残余应力、表面粗糙度与表层微观组织的参数项，获得修正的Sines寿命准则，该准则中考虑了喷丸强化引起的残余应力、表面粗糙度、表层微观组织的变化；

(4)对步骤(3)获得修正的Sines寿命准则中的未知参数，根据试验数据拟合获得Sines寿命准则中的材料参数，所述试验数据是指未强化的光滑试样在不同应力比下疲劳寿命曲线，所述材料参数是指Sines寿命准则中与材料有关不随外界条件变化而变化的未知参数；

(5)利用得到的修正的Sines寿命准则对喷丸强化后的材料结构寿命进行预测，预测结果与试验结果对比验证预测方法的有效性；所述修正的Sines寿命准则是指考虑了残余应力、表面粗糙度与表层微观组织变化的Sines寿命准则。

2.根据权利要求1所述的一种综合考虑喷丸强化效果的疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将残余应力、表面粗糙度与表层微观组织考虑到Sines寿命准则中，添加反应残余应力、表面粗糙度与表层微观组织的参数项的过程具体如下：

喷丸强化表面的粗糙度按照表面半圆形缺口等效，表面半圆形缺口导致的局部应力集中强度因子K_t计算公式如下：

式中，R_m为表面峰谷值的平均值，S_m为凹凸的平均间隔；

残余应力因素等效为平均应力，计算公式如下：

式中，p_m为平均应力，σ_i,a为不同方向应力，σ_i,RS为不同方向的残余应力，R为载荷的应力比；

表层微观组织的变化通过利用衍射线半高宽FWHM来表征，假设表面微观组织变化影响材料参数β_S，满足表达式如下：

β_S＝K[FWHM_SP]ⁿ

式中，FWHM_SP为喷丸后表面材料的半高宽；K、n为材料常数，K通过未喷丸时的β₀和FWHM₀求得，由此得到等效表达式：

式中FWHM₀/FWHM_SP为喷丸前后表面材料的半高宽，β₀/β_s为喷丸前后Sines准则参数，n是材料常数；

分别考虑了喷丸工艺所致粗糙度、残余应力和表层微观组织对疲劳准则的影响，在考虑上述因素影响的情况下，Sines疲劳准则为：

式中α_S、β_S0、n为材料参数，K_t为应力集中系数，σ_ii,a为各个方向应力值，σ_ii,RS为各个方向的残余应力，R是载荷的应力比。