一种多轴疲劳寿命预测方法与流程

技术特征：
1.一种多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：
①
以样件表层电子背散射衍射(ebsd)数据生成代表体积元；
②
建立材料晶体塑形有限元模型并进行疲劳试验；201建立该材料的晶体塑性本构方程：f＝f
e
f
p
ꢀꢀ
(1)式中f为变形梯度张量，f
p
为塑性变形梯度张量，f
e
为弹性变形梯度张量，l
p
为中间构型塑性速度梯度，为剪切应变率，s
α
和m
α
分别为滑移系α的滑移方向和滑移面法向上的单位矢量；202确定剪切应变率为：式中为参考应变率，τ
α
为滑移系α上的解析剪应力，g
α
为滑移系α上的滑移系统阻力，m为速率灵敏度参数；203确定滑移系统阻力g
α
为：为：式中为滑移系α的初始阻力，为滑移系α的阻力率，q
sl
为潜硬化与自硬化之比，δ
αr
为克罗内克函数符号，h
r
为材料的潜在硬化模量；204确定潜在硬化模量h
r
为：式中h0为初始硬化模量，τ
s
为饱和应力，τ0为初始临界分解剪应力，n为硬化指数；205在常温下对待测试材料进行单轴拉伸试验以及两种不同加载下的疲劳实验，并使用引伸计记录疲劳过程中的应力和应变，得到拉伸曲线、滞回曲线以及该载荷下的疲劳寿命；重复步骤201-204模拟单轴拉伸试验以及两种不同加载下的疲劳实验，得到拉伸曲线，循环软化曲线和滞回曲线；
③
输入样件所承受的多轴载荷，并预测样件的疲劳寿命；301执行步骤
②
中的方法，输入样件所承受的疲劳载荷，利用建立的晶体塑形有限元模型模拟裂纹萌生初期的疲劳响应，并按式(7)和式(8)计算塑性应变能：变能：式中，σ(t)、ε(t)、τ(t)和γ(t)分别为t时刻模拟的代表体积元的轴向应力、轴向应变、
剪切应力和剪切应变；302利用式(9)和式(10)拟合得到的轴向塑性应变能和剪切塑性应变能曲线，并求得k1和k2的值；的值；式中k1为影响轴向塑性应变能增长速率的因子，k2为影响剪切塑性应变能增长速率的因子，c1和c2为轴向应变能和剪切应变能初值；303根据式(11)获得k
c2
的值：k
c2
＝k
12
3k
12
ꢀꢀ
(11)2.根据权利要求1所述的一种多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤
①
包括：101在样件表面线切割部分材料，制样并拍摄ebsd图像，获取样件的晶粒类型，晶粒尺寸分布和晶界角分布等晶体数据；102设置待生成的代表体积元的晶格数和分辨率并生成样件代表体积元模型。3.根据权利要求1所述的多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤
③
包括：将步骤
②
中实验所得的两种载荷下疲劳寿命以及其各自k
c2
的值带入式(10)中进行计算，求得c和r：lg(n
f
)＝ck
c2
r
ꢀꢀ
(12)式中n
f
为其多轴疲劳寿命，k
c2
为预测多轴疲劳寿命的因素，c和r为拟合线性函数的参数；将需要预测的样件所承受的疲劳载荷仿真所求得k
c2
值带入式(10)，预测其疲劳寿命n
f
。

技术总结
本发明涉及零件疲劳寿命的的研究，具体涉及一种样件在承受多轴载荷时其疲劳寿命预测的方法。本发明以样件表层电子背散射衍射(EBSD)数据生成代表体积元，建立材料晶体塑形有限元模型并进行疲劳试验，最后输入样件所承受的多轴载荷，并预测样件的疲劳寿命。本发明通过拍摄样件表层EBSD图像，获取了材料的真实晶体数据，并用其生成的代表体积元来建立多轴疲劳寿命预测模型，大大提高了模型的精度；本发明晶体塑性参数的确定仅需进行一次简单拉伸和两次不同载荷下的疲劳实验，即可通过仿真拟合求得，既减少了进行纳米压痕和霍普金斯压杆等复杂的实验的花费，又避免了尺寸效应，增加了参数的准确性。加了参数的准确性。加了参数的准确性。


技术研发人员：焦黎 梁嘉斌 颜培 仇天阳 王西彬
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2022/3/15