基于非对称循环应力控制加载的低周疲劳寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种基于非对称循环应力控制加载的金属材料低周疲劳寿命预测方法，其方法的步骤包括：(1)通过非对称循环应力控制的疲劳实验，获得金属材料的低周疲劳寿命；(2)根据疲劳实验的工况条件与材料的疲劳性能，确定疲劳强度系数σ′_f、疲劳强度指数b与峰值应力、材料抗拉极限的函数关系；(3)建立非对称循环应力控制条件下金属材料低周疲劳寿命的预测模型，并预测其疲劳寿命。本发明的方法可以快速地预测金属材料在非对称循环应力加载条件下的疲劳寿命，为零部件的可靠性设计及评估提供理论参考。

主权项

一种基于非对称循环应力控制加载的金属材料低周疲劳寿命预测方法，其特征在于可以快速地预测金属材料在非对称循环应力加载条件下的疲劳寿命，该方法的步骤包括：步骤1：在σ_s≤σ_p＜σ_u和‑0.4≤R≤0.4的条件下，进行非对称循环应力加载的低周疲劳实验，获得材料的低周疲劳寿命，其中σ_p为峰值应力，σ_s为材料的屈服极限，σ_u为材料的抗拉极限，R为应力比；步骤2：根据疲劳实验的工况条件与材料的低周疲劳寿命N_f，获得ln(2N_f)与ln[(1‑R)/2]关系图，并通过非线性数据拟合的方法确定疲劳强度系数σ′_f、疲劳强度指数b与σ_p/σ_u的函数关系为：σ′_f＝σ′_f0+m exp[‑n(σ_p/σ_u)]，b＝b₀exp[‑c(σ_p/σ_u)]，其中σ_p为峰值应力，σ_u为材料抗拉极限，σ′_f和b分别为材料的疲劳强度系数和疲劳强度指数，σ′_f0，m和n为材料常数，σ′_f0为不考虑平均应力的疲劳极限，m和n为材料对σ_p/σ_u的敏感程度，b₀和c为材料常数，b₀为初始疲劳强度指数，c为材料对σ_p/σ_u的敏感程度；步骤3：基于Basquin模型，建立非对称循环应力控制条件下金属材料低周疲劳寿命的预测模型，并预测其疲劳寿命，所述非对称循环应力控制条件下金属材料低周疲劳寿命的预测模型为：$\left\{\begin{array}{c}{\sigma }_p(1-R)/2={\sigma }_f^{\prime }{\left(2N_f\right)}^b\\ {\sigma }_f^{\prime }={\sigma }_{f0}^{\prime }+\mathrm{mexp}[-n({\sigma }_p/{\sigma }_u)]\\ b=b_0\exp [-c({\sigma }_p/{\sigma }_u)]\end{array}\right..$