[发明专利]一种基于Kf

说明书

本发明公开了一种基于K_f法的缺口件多轴恒幅热机械疲劳寿命预测方法，该方法能够考虑在多轴恒幅热机械加载下缺口对疲劳寿命的影响，即缺口对损伤机制的影响，包括缺口分别对疲劳损伤、氧化损伤、蠕变损伤的影响。通过多轴等温恒幅载荷下的缺口件根部的应力应变历程计算随温度变化的疲劳缺口系数K_f,将随温度变化的K_f结合名义应力载荷谱增量，进而计算得到缺口根部的应力应变历程。采用该方法计算得到的缺口件多轴恒幅热机械疲劳寿命预测结果与试验结果对比误差分散在3倍带之内，这对实际工程构件寿命的准确预测具有重要的意义。

技术领域

本发明属于多轴热机械疲劳强度理论领域，尤其涉及一种基于 K_f法的缺口件轴扭恒幅热机械疲劳寿命预测方法。

背景技术

在工程应用中，各种航天器、压力容器、核电站设备中不可避免地存在大量的几何不连续结构，如缺口、孔、洞等，这些缺口通常会引起应力集中。而且，在复杂的温度环境和多轴机械载荷下，构件缺口的位置往往会成为疲劳失效的敏感部位，由缺口引起的高应力梯度促进了构件局部疲劳裂纹萌生，随着疲劳损伤累积和裂纹扩展进一步导致构件疲劳破坏。因此，为了更准确地预测缺口构件的疲劳寿命，必须考虑缺口的影响。

其中最常见的是采用局部应力应变法计算构件危险部位的应力应变历程，进而计算寿命。但由于缺口的形状和尺寸各异，对缺口件疲劳寿命的影响显著不同，并且在不同温度载荷条件下，同一缺口对疲劳寿命的影响也不尽相同。在计算缺口件多轴热机疲劳寿命时，必须考虑不同形状和尺寸的缺口在不同温度载荷条件下对疲劳寿命的影响。而疲劳缺口系数K_f常用来表征缺口对疲劳寿命的影响，因此提出一种基于K_f法的缺口件多轴恒幅热机械疲劳寿命预测方法对实际工程构件寿命的准确预测具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对缺口件多轴热机械疲劳强度计算的需求，提出了一种基于K_f法的缺口件寿命预测方法。该方法能够表征在多轴恒幅热机械加载下缺口对疲劳寿命的影响，包括缺口分别对疲劳损伤、氧化损伤、蠕变损伤的影响。

本发明的技术方案为一种基于K_f法的缺口件多轴恒幅热机械疲劳寿命预测方法，该方法的实现步骤如下：

步骤(1)：在有限元仿真软件中对缺口件进行多组等温恒幅轴扭比例加载，载荷谱为应力控制且相同，每组设定温度不同。得到不同温度载荷条件下的缺口件根部的轴向与扭向的应力应变。

步骤(2)：根据在不同温度载荷条件下得到的缺口根部的应力应变计算疲劳缺口系数K_f，关于应力的疲劳缺口系数定义为缺口根部的最大应力与最大名义应力的比值，关于应变的疲劳缺口系数定义为缺口根部的最大应变与名义应变的比值，通过下式计算。

其中K_f,σ为关于轴向应力的疲劳缺口系数，K_f,ε为关于轴向应变的疲劳缺口系数，σ_max为缺口根部轴向最大应力，ε_n,max为缺口根部轴向最大应变，σ_n,max为轴向最大名义应力，ε_n,max为轴向最大名义应变， E为该温度下的弹性模量，K_f,τ为关于剪切应力的疲劳缺口系数， K_f,γ为关于剪切应变的疲劳缺口系数，τ_max为缺口根部最大剪切应力，γ_max为缺口根部最大剪切应变，γ_n,max为最大剪切名义应力，γ_n,max为最大剪切名义应变，G为该温度下的剪切模量。