[发明专利]一种基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法，通过多轴计数方法对拉扭随机变幅的应变‑时间历进行多轴循环计数，并计出所有反复；在0‑180°范围内每隔1°分别寻找每一个反复上的临界面；计算每一个反复的纯疲劳损伤，并将所有反复的损伤线性相加得到一个块载荷的纯疲劳损伤；依据应力‑应变本构关系或者迟滞回线获取一个稳定块载荷下的轴扭应力‑时间历程和温度‑时间历程；把轴向应力‑时间历程和温度‑时间历程分割成适当份数的区间，并确定每一个区间上的蠕变应力和等效温度；将纯疲劳损伤与等效疲劳损伤相加的到加载一个块载荷后的总的损伤，并取其倒数得到其寿命。该方法能较好的预测多轴随机变幅热机械疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及疲劳强度领域，特指基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法。

背景技术

某些承受高温的机械部件，如航空发动机涡轮盘，在起动和停机过程中，经常会遭受到变幅多轴热机械循环载荷的影响。上述热机械载荷不仅可以缩短结构的寿命，而且会降低关键部件的可靠性，因此对多轴疲劳特性、蠕变特性以及疲劳和蠕变损伤累积进行研究，建立一个稳健的寿命预测模型并准确预测疲劳寿命具有重要意义。

目前对多轴热机疲劳的研究主要集中在恒幅阶段，而蠕变疲劳损伤累积也大多数是蠕变损伤和纯疲劳损伤直接线性相加或者考虑蠕变交互作用损伤项的影响，在发展到随机变幅热机疲劳阶段，用这些方法预测疲劳寿命时，结果偏差就可能会很大，并且计算也会变的更加繁琐。因此，考虑蠕变疲劳的累积过程，研究一种基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于针对随机变幅多轴热机疲劳的发展要求，提出了一种基于蠕变疲劳损伤累积的疲劳寿命预测方法。

本发明所采用的技术方案为一种基于蠕变疲劳损伤累积的变幅多轴热机疲劳寿命预测方法，该方法的实施步骤为：

步骤1)：通过多轴计数方法对轴扭随机变幅的应变-时间历进行多轴循环计数，并计出所有反复；

步骤2)：在0-180°范围内每隔1°分别寻找每一个反复上的临界面；临界面被定义为拥有最大剪应变范围且拥有最大正应变范围的平面。与试件中心轴线夹角为θ的平面上，其正应变和剪应变通过以下两个公式计算：

其中，ε_θ是临界面上的正应变，γ_θ是临界面上的剪应变ε_x，ε_y是拉伸应变，γ_xy是扭转应变；

步骤3)：计算临界面上的疲劳损伤参量，包括最大剪切应变幅Δγ_max、相邻剪切应变转折点之间对应的正应变幅

步骤4)：利用下式计算每一个反复的纯疲劳损伤，并将所有反复的损伤线性相加得到一个块载荷的纯疲劳损伤。

其中N_pf是理论纯疲劳寿命，D_pf是理论纯疲劳损伤，σ′_f，ε′_f，b，c是参考温度T0下的材料常数，参考温度T0是理论上不发生蠕变损伤的最高温度。是临界面上的平均应力，其能反应温度相位角的变化对平均应力的影响。Δγ_max是临界面上的最大剪应变幅值，是临界面上两个最大剪应变折返点之间的正应变幅值；

步骤5)：依据应力-应变本构关系或者迟滞回线获取一个稳定块载荷下的轴扭应力-时间历程和温度-时间历程；

步骤6)：把轴向应力-时间历程和温度-时间历程每隔1秒分割成一定份数的区间，如果某一区间拉应力的终点为正值，用该区间拉扭应力终点的Mises等效应力作为蠕变应力，如果某一区间的拉应力为负值，该区间上的蠕变应力取为0，具体计算方式如下式。温度用取每一份对应的终点值。