[发明专利]一种可控震源振动器平板疲劳寿命的预测方法

说明书

本发明涉及一种可控震源振动器平板疲劳寿命的预测方法，适用于疲劳寿命预测领域。包括以下步骤：确立接触条件和边界条件，建立有限元模型；确定平板疲劳关键部位，关键部位失效模型及进行疲劳试验；试验平板疲劳寿命分析；平板试件S‑N曲线试验拟合；平板结构S‑N曲线修正；疲劳寿命预测模型。本发明是针对目前工程上无法直接有效获取平板结构S‑N曲线，提出了一种基于平板试件疲劳寿命测试试验的S‑N曲线拟合方法，极小误差均方值保证其具有较高的精确性。在综合考虑结构应力集中，尺寸缩放，表面状态等力学和结构效应的条件下，采用系数修正法获得全尺寸平板结构的S‑N曲线。本发明可准确预测振动器平板疲劳寿命，掌握其疲劳行为特性。

技术领域

本发明涉及一种基于修正S-N曲线的疲劳寿命预测方法，特别的是一种可控震源振动器平板疲劳寿命的预测方法。

背景技术

目前，工程界中机械结构的大型化、复杂化、精密化以及使用环境恶劣化导致结构发生疲劳破坏的现象比比皆是，因此，国内外在航空航天、民用工程机械、汽车行业、海洋平台等领域关于结构疲劳寿命评估研究方面已作了许多研究。同时，由于断裂力学法对平板结构微观参数(初始裂纹，终止裂纹尺寸等)的统计要求较高，该方法的疲劳分析精度难以控制；名义应力法往往从结构内部或者具有应力集中的缺陷部位开始的，但因为缺陷为随机分布、缺陷尺寸和部位对各种结构也是变化的，所以该方法不能对每一缺陷部位进行理论分析和测量，因此，在工程界中主要应用基于累积损伤的S-N曲线法为基础的疲劳分析方法进行机械结构的疲劳分析和设计。

如今对于可控震源平板开展的疲劳分析与平板估计部位的断裂分析研究都鲜有报道，而平板关键部位疲劳寿命是反映其抗疲劳特性的关键参数，采用相似原理制作平板特征试件，针对三种模型试件开展三点弯曲疲劳试验，分析关键节点疲劳破坏过程和疲劳裂纹扩展规律，并拟合出平板试件的S-N曲线，为获得真实平板结构S-N曲线奠定基础。分别基于疲劳累积损伤理论和裂纹扩展理论，建立S-N曲线法的平板疲劳寿命预测模型，并掌握振动器结构、材料、载荷，以及平板裂纹尺寸，内部应力响应等宏微观因素对平板疲劳寿命的影响规律；并通过平板试件疲劳寿命测试对S-N曲线法进行验证以期科学评判该类理论模型的寿命预测精确性和实用性。

发明内容

针对目前工程上无法直接有效获取平板结构S-N曲线，导致平板疲劳寿命难以精确高效预测的现状，提出了一种可控震源振动器平板疲劳寿命的预测方法，高度拟合相关性，极小误差均方值保证其具有较高的精确性。并在综合考虑结构应力集中，尺寸缩放，表面状态等力学和结构效应的条件下，采用系数修正法获得全尺寸平板结构的S-N曲线。为准确预测振动器平板疲劳寿命，掌握其疲劳行为特性提供了科学、精确的理论工具和分析方法。在振动器平板疲劳分析和寿命预测方法领域，尚无与本发明专利类似的方法与流程。

本发明采用的技术方案如下：

一种可控震源振动器平板疲劳寿命的预测方法，包括如下步骤：

步骤1.针对纵波可控震源振动器简化并建立有限元模型；

步骤2.在振动器地震波激发工况下，将振动器分为平板和平板以上结构通过最大应力和安全系数校核振动器结构强度；

步骤3.对步骤1建立的初始状态下的有限元模型进行平板关键部位确定；

步骤4.对步骤3确立的平板关键部位建立疲劳失效模型与疲劳试验；

步骤5.对步骤4中的三类平板试件进行疲劳寿命分析；

步骤6.对步骤4的平板试件进行S-N曲线试验拟合；

步骤7.对步骤6的平板结构的S-N曲线进行修正；

步骤8.基于S-N曲线法的疲劳寿命预测模型。

优选地，步骤1中，对建立的有限元模型确定接触条件和无反射边界条件。