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申请/专利权人：北京工业大学

摘要：本发明公开了一种钛合金高周‑超高周复合变幅疲劳寿命预测方法，涉及到不同应力比下的超高周疲劳试验、高周疲劳试验和高周‑超高周复合变幅疲劳试验的数据采集、处理及寿命计算，属于钛合金材料在高周‑超高周载荷下的疲劳性能领域。本方法将典型的应力比修正模型结合，引入了修正的超高周应力比修正模型，与不同应力比的超高周载荷加载的试验数据对比，其结果都在三倍带以内，预测效果较好，并且本发明基于Miner定理，引入了加载顺序对超高周变幅载荷的影响，建立了修正的高周‑超高周变幅疲劳寿命预测模型，使用该模型计算高周‑超高周变幅疲劳寿命更加的准确。本方法计算简便而且准确性较高具有重大实际意义。

主权项：1.一种钛合金高周-超高周复合变幅疲劳寿命预测方法，其特征在于，该寿命预测方法的具体计算过程如下：步骤1：超高周疲劳试验所用试件均为沙漏型试件，疲劳试验为应力比为-1的超高周疲劳试验，来获取相应的试验数据以便进行后续的分析；步骤2：通过对R＝-1下的超高周疲劳试验数据分析，将试验数据通过Basquin公式的变式进行拟合，以表述R＝-1下的超高周疲劳寿命预测模型，公式如下： 其中，Nf表示预测的疲劳寿命，σa表示对称循环加载下的应力幅，σ,f表示疲劳强度系数，b表示疲劳强度指数；步骤3：超高周疲劳试验所用试件均为沙漏型试件，疲劳试验为应力比大于0的两种不同应力比下的超高周疲劳试验，来获取相应的试验数据以便进行后续的分析；步骤4：对上述三种应力比的数据进行分析后，通过下式分别计算出应力级数为107、108、109的应力幅和平均应力，计算公式如下：σa＝σ,f2Nfbb其中，σa表示该应力比下的应力幅，σ,f表示疲劳强度系数，Nf表示该应力比下的疲劳寿命，b表示疲劳强度指数；步骤5：通过下式拟合不同应力比下的应力级数为107、108、109的应力幅和平均应力数据，得到应力比修正模型，计算公式如下： 其中，α和β是试验拟合参数，σs是材料的屈服强度；步骤6：通过下式拟合α、β和应力比为-1下的应力级数为107、108、109数据的关系式，其计算公式如下式：α＝a-bσ-1dβ＝c-dσ-1e其中，a、b、c和d为拟合参数；步骤7：将公式d、公式e代入公式c即为最终的超高周的应力比修正模型，其应力比修正模型的最终表达式如下式所示： 其中，σa为该应力比下的应力幅，σm为该应力比下的平均应力，σ-1为该应力比下的修正应力幅；步骤8：通过公式f计算不同应力比下的修正应力幅σ-1，将其值代入公式a即为不同应力比下的超高周疲劳寿命预测值；步骤9：采用MTS-809疲劳试验机进行高周试验，获得Ti60钛合金材料R＝-1下的高周疲劳试验数据，将Goodman应力比修正模型代入公式a，建立不同应力比下的高周疲劳寿命预测模型，其表达式如下式所示： 其中，σ-1是该应力比下的应力幅，σm是该应力比下的平均应力，σb是该材料的抗拉强度，σ,f是材料的疲劳强度系数，b是材料的疲劳强度指数；步骤10：通过开发的高周-超高周疲劳试验机进行Ti60钛合金材料阶梯载荷加载的高周-超高周复合变幅疲劳试验，考虑到超高周载荷是小应力水平，因此引入了加载顺序的影响因子，其表达式如下式h表示，并建立了高周-超高周复合变幅疲劳寿命预测模型，使用该模型对变幅试验寿命进行预测，其表达式如下式i所示： 其中式h各个参数的含义：αVHCF,i表示在一个载荷块下第i阶加载顺序的影响因子，特别说明当i为1时，αVHCF,i＝1；Di表示在一个载荷块下的第i阶应力级别下超高周载荷的损伤量，即ni表示在一个载荷块下的第i阶应力级别下超高周载荷的疲劳寿命，Ni表示第i阶应力级别下超高周载荷的总疲劳寿命；Di-1表示在一个载荷块下第i-1阶应力级别下超高周载荷的损伤量；Dk表示在一个载荷块下第k阶应力级别下超高周载荷的损伤量；其中式i各个参数的含义：Nf表示预测的疲劳寿命；nVHCF,1表示在一个载荷块下的第1阶应力级别下超高周载荷的疲劳寿命，NVHCF,1表示第1阶应力级别下超高周载荷的总疲劳寿命；表示在一个载荷块下的第1阶的超高周载荷的损伤量；αVHCF,i表示在一个载荷块下第i阶加载顺序的影响因子，i≥2；nVHCF,i表示在一个载荷块下的第i阶应力级别下超高周载荷的疲劳寿命，NVHCF,i表示第i阶应力级别下超高周载荷的总疲劳寿命；表示在一个载荷块下的第i阶的超高周载荷的损伤量；nHCF,i表示在一个载荷块下的第i阶应力级别下高周载荷的疲劳寿命，NHCF,i表示第i阶应力级别下高周载荷的总疲劳寿命；表示在一个载荷块下的第i阶的高周载荷的损伤量。

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百度查询： 北京工业大学 一种钛合金高周-超高周复合变幅疲劳寿命预测方法