一种高周疲劳加速试验方法与流程

本发明涉及高周疲劳试验，具体而言，涉及一种高周疲劳加速试验方法。

背景技术：

1、在机械结构中，疲劳失效时主要的失效形式之一，其直接关系到使用安全问题，决定了使用寿命。例如在航空器结构中，由于其工作环境载荷复杂多变，并具有重复循环的特性，在这样的载荷环境中，结构有发生疲劳失效的风险。因此在结构的强度设计中，就需要对结构的疲劳性能作出要求，保证在规定的服役期内，结构不会发生疲劳失效或结构的疲劳失效不会导致灾难性的后果。为表明结构满足疲劳设计要求，目前一般通过对其进行相应的疲劳试验直接验证结构的疲劳性能，或者通过试验获取材料或部分结构的疲劳寿命与载荷的关系，即sn曲线，而后通过仿真计算的方式表明所有结构满足疲劳要求。

2、疲劳性能的一个特点是，在载荷、试验设备、试验工况都一样的情况下，不同试验件得到的寿命不完全一样，而是在一定范围内，即具有一定的分散性。疲劳性能的另一个特点是，载荷与疲劳寿命往往呈负相关的关系，即载荷越小，寿命越高。在疲劳试验中，一般通过对试验件施加真实的疲劳载荷，进行真实次数的循环试验，以考核试验件的疲劳性能。因此，在载荷小，疲劳寿命高，载荷频率低等情况，疲劳失效往往需要非常长的时间才会发生，叠加结构的疲劳寿命的分散性，失效时间更加难以估计，即试验时间会很长，且难以预料。

3、如何在较低的时间成本下准确获取结构的疲劳失效位置和疲劳寿命是很有意义的问题，也是非常困难的问题。目前，加速试验是实现该目的的一种有效方法，其利用加速公式进行载荷换算，其中，加速公式可以通过材料sn曲线将“低载荷-高循环数”点等效为“高载荷-低循环数”点。然而由于可能存在的材料结构的疲劳分散性、计算的不准确性等因素，会影响加速试验的试验准确性，如何提升加速试验的试验准确性是目前本领域研究的重要方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供了一种高周疲劳加速试验方法，其能够达到提升加速试验的试验准确性的目的。

2、本发明的实施例可以通过以下方式实现：

3、一种高周疲劳加速试验方法，所述高周疲劳加速试验方法包括：

4、获取有限元模型；其中，所述有限元模型根据试验件的三维结构进行构建；

5、利用所述有限元模型与所述试验件的sn曲线计算预载荷量级；

6、按照所述预载荷量级对所述试验件进行预试验，以得到预高周疲劳寿命；其中，所述预高周疲劳寿命为所述试验件出现疲劳损坏时的寿命；

7、利用所述预高周疲劳寿命获得加速载荷；

8、根据所述加速载荷对试验件进行高周疲劳试验，以加快所述高周疲劳试验的试验速度。

9、可选地，利用所述有限元模型与所述试验件的sn曲线计算预载荷量级的步骤包括：

10、根据所述sn曲线确定预设试验寿命对应的应力水平；

11、利用所述有限元模型计算所述应力水平对应的载荷量级，该载荷量级为所述预载荷量级。

12、可选地，利用所述有限元模型与所述试验件的sn曲线计算预载荷量级的步骤包括：

13、利用所述有限元模型进行频响分析，以获得初始载荷量级下的第一应力水平；

14、根据sn曲线获得在所述第一应力水平下的高周疲劳寿命；

15、根据所述初始载荷量级、在第一应力水平下的高周疲劳寿命、预设试验寿命以及预设加速指数计算获得所述预载荷量级。

16、可选地，根据所述初始载荷量级、在第一应力水平下的高周疲劳寿命、所述预设试验寿命以使预设加速指数计算获得所述预载荷量级的步骤包括：

17、采用第一加速公式计算所述预载荷量级，所述第一加速公式如下：

18、(l1/l0)k0＝n0/n1

19、其中，k0为所述预设加速指数；l0为所述初始载荷量级；l1为所述预载荷量级；n0为所述在第一应力水平下的高周疲劳寿命；n1为所述预设试验寿命。

20、可选地，利用所述预高周疲劳寿命获得加速载荷的步骤包括：

21、利用所述有限元模型进行频响分析，以获得初始载荷量级下的第一应力水平；

22、根据sn曲线获得在所述第一应力水平下的高周疲劳寿命；

23、根据所述预高周疲劳寿命、所述预载荷量级、所述初始载荷量级以及在所述第一应力水平下的高周疲劳寿命，得到修正加速指数；

24、根据所述修正加速指数、预设试验寿命、所述初始载荷量级以及在所述第一应力下的高周疲劳寿命，得到所述加速载荷。

25、可选地，采用第二加速公式计算所述修正加速指数，所述第二加速公式如下：

26、(l1/l0)k1＝n0/n2

27、其中，k1为所述修正加速指数；l0为所述初始载荷量级；l1为所述预载荷量级；n0为在第一应力水平下的高周疲劳寿命；n2为所述预高周疲劳寿命；

28、采用第三加速公式计算所述加速载荷，所述第三加速公式如下：

29、(l2/l0)k1＝n0/n1

30、其中，l2为加速载荷；n1为所述预设试验寿命。

31、可选地，获取有限元模型的步骤包括：

32、根据所述试验件的三维结构进行建模，以得到初始有限元模型；

33、对所述初始有限元模型进行修正，以得到所述有限元模型。

34、可选地，对所述初始有限元模型进行修正的步骤包括模态修正，所述模态修正的步骤包括：

35、计算所述初始有限元模型自由状态下的固有模态以及安装状态的固有模态，以得到第一固有模态数据；

36、利用锤击法获取试验件自由状态系下的固有模态和安装状态的固有模态，以得到第二固有模态数据；

37、根据所述第一固有模态数据以及所述第二固有模态数据对所述初始有限元模型进行修正。

38、可选地，对所述初始有限元模型进行的修正包括对所述初始有限元模型的刚度、质量以及阻尼参数的修正；

39、其中，所述初始有限元模型的刚度修正包括：调整材料的弹性模量、连接元件的刚度和/或边界条件的设置；

40、所述初始有限元模型的质量修正包括：调整材料的密度和/或连接元件的质量；

41、所述初始有限元模型的阻尼参数的修正包括：调整阻尼比。

42、可选地，对所述初始有限元模型进行修正的步骤还包括振动响应修正，所述振动响应修正的步骤包括：

43、以所述试验件的预设载荷为输入，对所述初始有限元模型进行频响分析，获取第一响应数据；

44、根据所述试验件的预设载荷对所述试验件进行振动响应试验，以得到第二响应数据；

45、根据所述第一响应数据和所述第二响应数据对所述初始有限元模型的结构阻尼进行修正。

46、可选地，所述试验件的预设载荷为正弦载荷谱，根据所述试验件的预设载荷对所述试验件进行振动响应试验的步骤包括：

47、对所述试验件进行扫频试验，以获取所述试验件在当前安装状态下的固有频率；

48、以所述固有频率作为激振频率，并根据所述激振频率下的载荷作为输入对所述试验件进行激励，以获得所述第二响应数据。

49、可选地，在所述振动响应修正前所述对所述初始有限元模型进行修正的步骤还包括模态修正；对所述试验件进行扫频试验，以获取所述试验件在当前安装状态下的固有频率的步骤之后，还包括：

50、将所述扫频试验得到的固有频率与所述模态修正步骤中得到的试验件在安装状态下的固有频率进行对比，以得到二者的偏差；

51、若所述偏差在预设范围内，则说明所述当前安装状态与所述模态修正步骤中的安装状态一致，将所述扫频试验得到的固有频率作为所述激振频率；

52、若所述偏差在所述预设范围外，则说明所述当前安装状态与所述模态修正步骤中的安装状态不一致，对试验件的状态进行调整后再次进行扫频试验，直至所述偏差在所述预设范围内。

53、可选地，所述试验件的预设载荷为随机载荷谱，根据所述试验件的预设载荷对所述试验件进行振动响应试验的步骤包括：

54、以所述预设载荷规定的频带范围和幅值大小对所述试验件进行激励，以获得所述第二响应数据。

55、本发明的实施例提供的高周疲劳加速试验方法的有益效果包括：

56、本发明的实施例提供了一种高周疲劳加速试验方法，其包括：获取有限元模型；其中，有限元模型根据试验件的三维结构进行构建；利用有限元模型与试验件的sn曲线计算预载荷量级；按照预载荷量级对试验件进行预试验，以得到预高周疲劳寿命；其中，该预高周疲劳寿命为试验件出现疲劳损坏时的寿命；利用预高周疲劳寿命获得加速载荷；根据加速载荷对试验件进行高周疲劳试验，从而加快高周疲劳试验的试验速度，实现在较短时间内完成高周疲劳试验。本发明提供的高周疲劳加速试验方法，可以提升获取到的加速载荷的准确性，进而达到提升加速试验的试验准确性的目的。