[发明专利]基于权平均最大剪切应力平面的疲劳寿命预测方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于权平均最大剪切应力平面的疲劳寿命预测方法及装置，涉及多轴疲劳强度理论领域，方法包括：(1)将多轴变幅载荷历程通过von Mises等效应力公式合成等效应力历程，通过Wang‑Brown多轴循环计数法对von Mises等效应力历程进行循环计数；(2)利用提出的权平均最大剪切应力平面来作为高周多轴变幅载荷下的临界面；(3)计算计数得到的每个反复中临界面上的疲劳损伤参量；(4)采用Zhang‑Shang模型进行疲劳损伤计算；(5)采用Miner线性累积法则对每个反复中计算的损伤进行累积，最后计算疲劳寿命。本方法中提出的权函数可以考虑多轴加载下的主要疲劳损伤机理。寿命预测结果说明该寿命预测方法可以较好地预测多轴恒幅和变幅加载下疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及多轴疲劳强度理论领域，特指基于权平均最大剪切应力平面的疲劳寿命预测方法及装置。

背景技术

光刻机是制造大规模集成电路的核心装备，光刻机的机电系统中包含了大量的零部件，许多零部件在运行工作中承受着复杂的多轴随机载荷作用。在多轴随机载荷的作用下，机械零部件经过一段时间的运行工作会发生突然性的疲劳断裂现象，造成巨大的经济和财产损失。传统的单轴疲劳强度理论已经满足不了工程实际部件的强度和疲劳寿命等设计要求，因而近年来对更为符合工程实际的多轴疲劳研究普遍重视起来。

目前，对于多轴恒幅疲劳寿命预测方法的研究已经取得了一些进展，并形成了以临界面法为主要研究手段的多轴恒幅疲劳寿命预测的理论。但是，对于多轴变幅载荷下疲劳寿命预测问题，因为没有合适的处理多轴变幅载荷的方法，使得已有的研究成果无法应用到实际工况中去。所以，对于多轴变幅载荷下的疲劳寿命预测方法进行深入研究是非常有必要的。其中，多轴变幅载荷下的临界面确定方法是一个关键问题，而针对以上问题，暂时还没有较好的解决方案。

发明内容

本发明目的在于针对多轴疲劳强度设计的需求，提出了一种基于权平均最大剪切应力临界平面的多轴疲劳寿命预测方法。

本发明所提供的一种基于权平均最大剪切应力平面的多轴疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：

获取缺口件的载荷历程，利用Wang-Brown多轴循环计数算法确定载荷历程中所有的载荷反复，获得总的载荷反复数m；

对于第k个载荷反复，计算该第k个载荷反复中所有最大剪切应力范围平面上的法向应力值，选取出具有最大法向应力值的最大剪切应力范围平面作为第k个载荷反复的临界面；

将各个载荷反复的临界面的位相角采用加权求和平均的方式获得的基于权平均最大剪切应力平面作为整个载荷历程的临界面；

根据整个载荷历程的临界面确定每个载荷反复的疲劳寿命，并利用Miner线性疲劳损伤累积理论计算整个载荷历程的临界面的累积疲劳损伤。

优选地，根据整个载荷历程的临界面确定每个载荷反复的疲劳寿命，进而确定整个载荷历程的临界面的累积疲劳损伤的方法包括：

根据整个载荷历程的临界面确定每个载荷反复的疲劳寿命N_fk，并根据公式11估算每个循环的疲劳损伤D_k，

疲劳损伤D_k的估算公式为：

利用Miner线性疲劳损伤累积理论，计算权平均最大剪切应力平面上的累积疲劳损伤：

其中D为权平均最大剪切应力平面上的累积疲劳损伤；

确定疲劳失效需要的载荷块数N_block：

优选地，对于柱状缺口件，将各个载荷反复的临界面的位相角采用加权求和平均的方式获得基于权平均最大剪切应力平面的方法包括：