本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，傳統(tǒng)安全壽命設(shè)計(jì)方法基于無(wú)缺陷假設(shè)，忽視了結(jié)構(gòu)件從原材料到制造、交付及服役過(guò)程中可能出現(xiàn)的初始漏檢缺陷或意外損傷，這些缺陷會(huì)大幅降低結(jié)構(gòu)使用壽命，威脅服役安全。為此，缺陷容限安全壽命設(shè)計(jì)方法被提出，該方法考慮含缺陷材料與結(jié)構(gòu)的疲勞壽命與行為，其中沖擊缺陷因加工、維修時(shí)工具跌落致零件表面產(chǎn)生凹坑，通過(guò)局部應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力改變材料與結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力水平與狀態(tài)，控制疲勞極限。

2、現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)疲勞極限預(yù)測(cè)方法存在未能考慮缺陷局部應(yīng)力比的問(wèn)題，而應(yīng)力比對(duì)疲勞極限影響顯著。在面對(duì)沖擊缺陷時(shí)，因其存在局部壓縮塑性變形及壓縮/拉伸殘余應(yīng)力，使得缺陷局部應(yīng)力比與沖擊條件和缺陷尺寸相關(guān)并非常數(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法考慮殘余應(yīng)力，難以適用于含沖擊缺陷材料的疲勞極限預(yù)測(cè)，盡管其在面對(duì)劃痕、腐蝕等缺陷時(shí)可能適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及介質(zhì)，以解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)疲勞極限預(yù)測(cè)方法因未考慮缺陷局部應(yīng)力比，在面對(duì)含沖擊缺陷的材料時(shí)，無(wú)法考慮殘余應(yīng)力、難以預(yù)測(cè)其疲勞極限的問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)方法，所述方法包括：

3、利用預(yù)設(shè)材料的光滑試樣制備缺陷疲勞試樣；

4、基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)所述缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊，得到所述缺陷疲勞試樣上沖擊缺陷的局部應(yīng)力比以及在載荷軸方向的投影面積值；

5、獲取所述光滑試樣的維氏硬度值，并根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值。

6、進(jìn)一步的，所述基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)所述缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊，得到所述缺陷疲勞試樣上沖擊缺陷的局部應(yīng)力比以及在載荷軸方向的投影面積值，包括：

7、利用所述缺陷疲勞試樣構(gòu)建虛擬模型；

8、基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)所述虛擬模型進(jìn)行模擬沖擊，得到所述虛擬模型上沖擊缺陷的局部殘余應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)；

9、將所述局部殘余應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)作為初始應(yīng)力狀態(tài)導(dǎo)入所述虛擬模型，得到目標(biāo)虛擬模型；

10、根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型計(jì)算局部應(yīng)力比以及投影面積值。

11、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型計(jì)算局部應(yīng)力比以及投影面積值，包括：

12、獲取光滑試樣的原始疲勞極限值；

13、將所述原始疲勞極限值作為軸向載荷參數(shù)施加至所述目標(biāo)虛擬模型，得到?jīng)_擊缺陷的局部應(yīng)力狀態(tài)變化；

14、根據(jù)所述局部應(yīng)力狀態(tài)變化計(jì)算所述沖擊缺陷的局部應(yīng)力比，并根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型的沖擊缺陷計(jì)算在載荷軸方向的投影面積值。

15、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型的沖擊缺陷在載荷軸方向的投影面積值，包括：

16、掃描所述缺陷疲勞試樣的沖擊缺陷，得到輪廓數(shù)據(jù)；

17、提取所述輪廓數(shù)據(jù)中的深度值以及局部半徑值；

18、根據(jù)所述深度值以及所述局部半徑值計(jì)算所述沖擊缺陷在載荷軸方向的投影面積值。

19、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值，計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值，包括：

20、將所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值代入預(yù)設(shè)關(guān)系式；

21、基于所述預(yù)設(shè)關(guān)系式計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值。

22、進(jìn)一步的，所述預(yù)設(shè)關(guān)系式如下：

23、

24、其中，為疲勞極限預(yù)測(cè)值；k＝0.85系數(shù)；hv為維氏硬度值；r為局部應(yīng)力比；area0為投影面積；α＝0.226+hv·10-4。

25、進(jìn)一步的，在根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值之后，所述方法還包括：

26、按照所述預(yù)設(shè)試驗(yàn)參數(shù)對(duì)所述缺陷疲勞試樣施加循環(huán)應(yīng)力，直至所述缺陷疲勞試樣處于失效狀態(tài)，得到疲勞極限實(shí)際值；

27、將所述疲勞極限預(yù)測(cè)值與所述疲勞極限實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，得到對(duì)比結(jié)果；

28、根據(jù)所述對(duì)比結(jié)果計(jì)算針對(duì)所述缺陷疲勞試樣的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。

29、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)裝置，所述裝置包括：

30、制備模塊，用于利用預(yù)設(shè)材料的光滑試樣制備缺陷疲勞試樣；

31、模擬模塊，用于基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)所述缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊，得到所述缺陷疲勞試樣上沖擊缺陷的局部應(yīng)力比以及在載荷軸方向的投影面積值；

32、預(yù)測(cè)模塊，用于獲取所述光滑試樣的維氏硬度值，并根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值。

33、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器和處理器之間互相通信連接，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，處理器通過(guò)執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對(duì)應(yīng)的任一實(shí)施方式的方法。

34、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，計(jì)算機(jī)指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述第一方面或其對(duì)應(yīng)的任一實(shí)施方式的方法。

35、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的方法具有以下有益效果：

36、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的方法利用預(yù)設(shè)材料的光滑試樣制備缺陷疲勞試樣，模擬了實(shí)際中材料出現(xiàn)的沖擊缺陷情況，為后續(xù)研究提供真實(shí)有效的樣本，使預(yù)測(cè)更貼合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。接著，基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊以獲取局部應(yīng)力比和投影面積值，該過(guò)程通過(guò)構(gòu)建虛擬模型、模擬沖擊、導(dǎo)入殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)得到目標(biāo)虛擬模型，進(jìn)而計(jì)算相關(guān)參數(shù)。這樣不僅能精準(zhǔn)模擬沖擊過(guò)程中材料內(nèi)部應(yīng)力變化，還能通過(guò)獲取關(guān)鍵參數(shù)，反映沖擊缺陷對(duì)材料應(yīng)力狀態(tài)的影響，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)疲勞極限奠定基礎(chǔ)。最后，獲取光滑試樣的維氏硬度值，并結(jié)合局部應(yīng)力比、投影面積值計(jì)算疲勞極限預(yù)測(cè)值，綜合考慮材料硬度、缺陷應(yīng)力比及缺陷尺寸等多方面因素，運(yùn)用預(yù)設(shè)關(guān)系式計(jì)算，使預(yù)測(cè)結(jié)果更科學(xué)準(zhǔn)確，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)未考慮缺陷局部應(yīng)力比，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)含沖擊缺陷材料疲勞極限的難題，為實(shí)際工程中含沖擊缺陷鈦合金材料的疲勞極限預(yù)測(cè)提供可靠方法。

技術(shù)特征：

1.一種鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)所述缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊，得到所述缺陷疲勞試樣上沖擊缺陷的局部應(yīng)力比以及在載荷軸方向的投影面積值，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型計(jì)算局部應(yīng)力比以及投影面積值，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述目標(biāo)虛擬模型的沖擊缺陷在載荷軸方向的投影面積值，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值，計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)關(guān)系式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在根據(jù)所述維氏硬度值、所述局部應(yīng)力比以及所述投影面積值計(jì)算所述缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值之后，所述方法還包括：

8.一種鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括：

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域，公開(kāi)了鈦合金疲勞極限的預(yù)測(cè)方法、裝置、計(jì)算機(jī)設(shè)備及介質(zhì)，方法包括：利用預(yù)設(shè)材料的光滑試樣制備缺陷疲勞試樣；基于預(yù)設(shè)沖擊條件對(duì)缺陷疲勞試樣進(jìn)行模擬沖擊，得到缺陷疲勞試樣上沖擊缺陷的局部應(yīng)力比以及在載荷軸方向的投影面積值；獲取光滑試樣的維氏硬度值，并根據(jù)維氏硬度值、局部應(yīng)力比以及投影面積值計(jì)算缺陷疲勞試樣的疲勞極限預(yù)測(cè)值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)疲勞極限預(yù)測(cè)方法因未考慮缺陷局部應(yīng)力比，在面對(duì)含沖擊缺陷的材料時(shí)，無(wú)法考慮殘余應(yīng)力、難以預(yù)測(cè)其疲勞極限的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：李堅(jiān),張潤(rùn)澤,喬紀(jì)祥,章的,鄧平平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15