[发明专利]一种考虑预应力重分布的疲劳裂纹扩展行为预测方法

权利要求书

1.一种考虑预应力重分布的疲劳裂纹扩展行为预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、建立含初始裂纹的构件有限元模型，并设置载荷条件、边界条件以及材料参数；

进一步的，所述的初始裂纹长度应远小于表面强化处理引入的预压应力层的厚度，初始裂纹长度l₀和起始角度θ₀根据实际情况确定；

步骤2、在有限元模型中引入初始预应力、初始塑性应变以及初始背应力；

步骤3、确定一个加载周期内裂尖端最大应力强度因子K，确定裂纹扩展角度θ以及预设裂纹扩展增量下所需的加载周期N；

步骤3.1、对有限元模型施加远端疲劳载荷σ_B，当载荷幅值达到最大时，确定裂纹尖端最大应力强度因子K值；

步骤3.2、依据实际情况，确定裂纹扩展角度θ和预设裂纹扩展增量dl下所需的加载周期dN；

裂纹扩展角度θ通过式(1)得出：

其中，θ_i为裂纹在第i个转折点的角度，θ_i-1为裂纹在第i-1个转折点的角度，K_Imaxi和K_IImaxi分别是I型和II型裂纹在第i个转折点的最大应力强度因子；

预设裂纹扩展增量dl下所需的加载周期dN通过式(2)得出：

dl/dN＝A(ΔK)ⁿ (2)

其中，A和n是和材料有关的系数；

步骤4、对当前模型进行dN次疲劳载荷加卸载过程，疲劳载荷加卸载过程结束后，提取发生残余应力重分布现象后有限元模型积分点处的残余应力值、残余塑性应变、背应力值以及积分点坐标；

步骤5、更新裂纹发生扩展长度为dl后的网格模型；

步骤5.1、通过步骤4确定的发生残余应力重分布现象后有限元模型积分点处的残余应力值、残余塑性应变、背应力值以及积分点坐标，提取发生预应力重分布现象后的有限元网格模型

步骤5.2、通过步骤3确定的裂纹扩展角度θ以及预设的裂纹扩展增量dl，更新发生残余应力重分布现象后的有限元网格模型中的裂纹尖端位置和裂纹路径，并对网格进行重划分；

步骤5.3、提取裂纹尖端位置以及裂纹路径更新后的有限元模型积分点坐标值；

步骤6、结合步骤4发生残余应力重分布现象后的有限元网格模型积分点坐标位置以及步骤5.3裂纹尖端位置和裂纹路径更新后的有限元模型积分点坐标值，将步骤4提取的残余预应力值、残余塑性应变以及背应力值映射到新的网格模型中；

步骤7、通过重复步骤3-步骤6的迭代过程，直到裂纹长度l达到预设临界值，完成考虑预应力重分布规律影响下的疲劳裂纹扩展行为预测。

2.如权利要求1所述的一种考虑预应力重分布的疲劳裂纹扩展行为预测方法，其特征在于：还包括步骤8、根据步骤7得到的考虑预应力重分布规律影响下的疲劳裂纹扩展行为预测结果，解决经表面工程技术处理后引入预应力的零部件疲劳裂纹扩展领域实际工程问题。

3.如权利要求1所述的一种考虑预应力重分布的疲劳裂纹扩展行为预测方法，其特征在于：步骤4中模拟每一个加载卸载过程工作量较大，而模型中的残余预应力值通常在加载若干个循环后会趋于稳定，因此只需模拟较少的加载-卸载过程。

4.如权利要求2所述的一种考虑预应力重分布的疲劳裂纹扩展行为预测方法，其特征在于：所述的解决经表面工程技术处理后引入预应力的零部件疲劳裂纹扩展领域实际工程问题包括结构损伤容限分析、结构剩余寿命预测，通过解决上述工程问题进而充分发挥结构的使用寿命。