專利名稱：：基于構(gòu)件表面輪廓表征構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：-冶金學(xué)參數(shù)，和/或粗糙度參數(shù)基于表面輪廓根據(jù)物理標(biāo)準(zhǔn)或統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(參見國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4287/1-1984(E/F/R)(1984))由所述幾何模型加以計(jì)算。該步驟一般通過表面光度儀來完成。在所述粗糙度參數(shù)中，用得最多以確定構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的參數(shù)是2)力學(xué)才莫型CTd:表面狀態(tài)被選作基準(zhǔn)的試樣的疲勞極限。221s:具有一定表面粗糙度的試樣的疲勞極限。23提供了多個(gè)模型以定義被稱為"表面狀態(tài)因子"的Ks的值。[24Stider(1954)基于關(guān)于幾何缺陷的應(yīng)力集中理論，提出了類型如下的/^式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中31Rts:為具有一定表面粗糙度的給定試樣的粗糙度，[32Rt:為基準(zhǔn)試樣的粗糙度，[33aD:為基準(zhǔn)試樣的疲勞極限，34(JDS:所考慮的試樣的疲勞極限，[35n:取決于材料的系數(shù)。36]Brand等人(CETIM，1980)通過平滑化大量的可用數(shù)據(jù)建立了一張圖板(abaque)，其具有呈負(fù)斜率的直線，這些負(fù)斜率的直線對于粗糙度Rt標(biāo)準(zhǔn)的不同數(shù)值，根據(jù)斷裂強(qiáng)度Rm給出Ks(表面狀態(tài)因子)。372.2)粗糙度對疲勞強(qiáng)度影響的建模2.3)評述-將所述數(shù)據(jù)應(yīng)用到計(jì)算模型，從而估計(jì)所述構(gòu)件的所述區(qū)域內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力場。591-從所述應(yīng)力場的估計(jì)中推導(dǎo)出所述構(gòu)件的疲勞特性的至少一特征量。60]必須注意的是，由于可基于所得的表面輪廓直接估計(jì)所述應(yīng)力場而無需通過確定幾何系數(shù)如粗糙度系數(shù)，考慮到可能的起伏不能被任何的幾何模型抵消，因此可實(shí)現(xiàn)對特性的估計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的可加以組合的有利特征圖2是一示意圖，示出標(biāo)記為Rz的粗糙度系數(shù)，74圖3是一圖表，示意性示出符合本發(fā)明的方法的步驟，其與圖l所用形式類似，75圖4是本發(fā)明給出的方法的一實(shí)施方式的實(shí)施示意圖表，76圖5是該方法的第一實(shí)施步驟的示意圖表，771圖6是一曲線圖，示出機(jī)加工試樣在17.5mm的長度上的輪廓，781圖7是所述方法的第二實(shí)施步驟的示意圖表，79圖8是一曲線圖，示出所獲得的輪廓及修正過的輪廓，80]圖9是所述方法的笫三實(shí)施步驟的示意圖表，[81圖10是一曲線圖，示出修正過的輪廓及其一細(xì)部，[821圖ll是一曲線圖，示出修正過的輪廓及所述細(xì)部，所述細(xì)部分解成為有限元，所述測量體系的方法如圖4所示，包括如下步驟90-通過確定(或者測定(rel6vemeiit))數(shù)據(jù)來獲取表面輪廓的步驟，其中所述數(shù)據(jù)表征所考慮構(gòu)件的所選區(qū)域的表面輪廓，91-可能的輪廓處理步驟(在某些情況下，該步驟可以并入所述表面輪廓的數(shù)據(jù)的釆集中)，-將可能處理過的輪廓導(dǎo)入一計(jì)算模型中，這重新回到將所述數(shù)據(jù)應(yīng)用于一計(jì)算模型，93-應(yīng)用所述計(jì)算模型，從而估計(jì)采集了表面輪廓的所述區(qū)域中的機(jī)械應(yīng)力場，-計(jì)算結(jié)果的處理，從而從所述應(yīng)力場的估計(jì)中推導(dǎo)出該應(yīng)力場的至少一特征量(例如Kt)，并因而推導(dǎo)出所考慮構(gòu)件的疲勞特性。[95這些不同步驟的細(xì)節(jié)概括如下。[96]歩驟l:獲取表面輪廓97所述表面的幾何狀態(tài)在該步驟中測量出(參見圖5)。所述幾何狀態(tài)通過任何合適已知類型的測量儀(接觸器或光學(xué)裝置)加以確定，測量儀例如符合NF-ISO3274標(biāo)準(zhǔn)(1977年6月)的探頭儀，其實(shí)施前面已引用過的ISO-4287/11984(E/FR)標(biāo)準(zhǔn)(1984)的條款。該步驟(見圖12)通過有限元計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)?？紤]一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)以體現(xiàn)這樣獲得的應(yīng)力場。[111圖13示出了運(yùn)行所述有限元計(jì)算軟件SAMCEF所選模塊asef所獲得的結(jié)果(見步驟3)以計(jì)算所述應(yīng)力場。只保留了距離lmm和距離16.5mm之間的結(jié)果組，從而消除邊界效應(yīng)(在0-lmm區(qū)間和16.5-17.5mm區(qū)間上)，此時(shí)深度為lmm。所述結(jié)果被記錄從而在下面的步驟中進(jìn)行處理。112兩個(gè)結(jié)果(主軸上的應(yīng)力和所考慮的有限元的坐標(biāo))通過后處理(英文為"post-process")命令被記錄到所迷數(shù)據(jù)庫中。113步驟5:處理結(jié)果ll4這里可以對源于所述應(yīng)力場計(jì)算步驟的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理，從而從所述應(yīng)力場的估計(jì)中推導(dǎo)出所考慮構(gòu)件(至少在所研究的區(qū)域)的疲勞特性的至少一特征量，例如應(yīng)力集中系數(shù)。115作為實(shí)施例，步驟4中所估計(jì)的應(yīng)力場的應(yīng)力除以標(biāo)稱應(yīng)力，從而計(jì)算經(jīng)典的應(yīng)力集中系數(shù)。于是，可以基于這些系數(shù)計(jì)算幾何狀態(tài)對疲勞強(qiáng)度的影響的一個(gè)或者多個(gè)特性參數(shù)。[116作為實(shí)施例，計(jì)算出最大應(yīng)力集中系數(shù)。117圖15和圖16示出了使用所荻得的結(jié)果的實(shí)施例疲勞試驗(yàn)的結(jié)果通過所獲得的最大應(yīng)力集中因子Kt進(jìn)行修正，所述疲勞試驗(yàn)的結(jié)果由圖15的Wohler曲線示出(見圖16)。通過比較圖15和圖16，可觀察到不同表面狀態(tài)之間的偏差通過所測得的Kt進(jìn)行的修正(相乘)而大大減小。118因此，確立了如下觀點(diǎn)所提出的測量體系能提供用于承受機(jī)械載荷的構(gòu)件的表面狀態(tài)的質(zhì)量指示。所述測量體系的優(yōu)點(diǎn)在于無需通過幾何參數(shù)，因此從理論上講無需了解一種特殊類型的起伏對構(gòu)件壽命的影響。附件A:用于進(jìn)行步驟2的工作的Sdlab控制命令行<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>//Ecliantillonnagej=i;sample=nnmd(ind/sample);fori-l:indifmodulo(i,sample)=0thenprofil(j別+l;profil(j^2)^njgo(2)(i);profil(j,3),o(柳；幼d，end;//Modifierleprofilmoyenne-mean(pro邁l(:,3));aridi=咖d(profil(:，3));profil(:，3)=profil(:,3)^(moyenne+arith);profil(j,lhi+l;profil(j，2)，rofil(j-l,2)+(profil(j-l，2)-profil(j-2^));profil(j,3)-0;saveCprofil,daf,profil);附件B:用于進(jìn)行步驟3的工作的Sdlab控制命令行<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><image>imageseeoriginaldocumentpage17</image><image>imageseeoriginaldocumentpage18</image>〃ConditionsauxLimitesV6，Conditio加limites\n."、1WCLMVtu-Voasdecharge1、traotion、Na…chaLigne122con100compo1nc1\n."FixLigne121compo1\n...FixLigne123con^>o246\n，,，Vtu,\!Donn鄉(xiāng)g咖rales\n".、!-------\n.samnojp51加p61\a,.〃Post-processingDeL*\il，..docdb外ces幼i^\n."AssignFAC%cessai—as%。\n...,desLDisc-1\n."modetrace63%cresulttxt%c\rucode1411comp1\n.groupe2\tu"Ust\n..，modetrace0\a"加detrace=%cnoeuds.txt%c\n,，，.加echargegrbupe2\n,"modetrace0\n...■stop\n'.",dquote，dquote,dquote,dquote,dquote,dquote，dquote,dquote)mdose(fd);niprintf('Exporter、％s、W，bankfile)權(quán)利要求1.基于構(gòu)件表面狀態(tài)來表征構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，所述方法包括以下步驟-數(shù)據(jù)測定步驟測定幾何數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)描述應(yīng)被確定疲勞強(qiáng)度的區(qū)域的表面輪廓，-將所述數(shù)據(jù)應(yīng)用到計(jì)算模型，從而估計(jì)所述構(gòu)件的所述區(qū)域內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力場，-從所述應(yīng)力場的估計(jì)中推導(dǎo)出所述構(gòu)件的疲勞特性的至少一特征量。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，表征所迷區(qū)域的表面輪廓的所述數(shù)據(jù)測定步驟包括測量該區(qū)域的幾何輪廓的子步驟。3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，表征所^面輪廓的所述數(shù)據(jù)測定步驟包括釆樣子步驟。4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述采樣子步驟設(shè)計(jì)成使得表征所述表面輪廓的數(shù)據(jù)的數(shù)量降低至少10倍。5.按照權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)所迷的方法，其特征在于，a所ii^面輪廓的所述數(shù)據(jù)測定步驟包括過濾子步驟。6.按照權(quán)利要求2到5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，表征所^面輪廓的所述數(shù)據(jù)測定步驟包4封艮椐所述計(jì)#4莫型進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整子步驟。7.按照權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述數(shù)據(jù)所應(yīng)用到的所述計(jì)算模型是有限元計(jì)算模型。8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算模型考慮了所述構(gòu)件的在所述區(qū)域的表面下為至少0.5mm的厚度。9.按照權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對于每個(gè)計(jì)算元，所迷計(jì)算模型沿所述區(qū)域的至少兩條主軸確定應(yīng)力值。10.按照權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算模型只應(yīng)用于離所述構(gòu)件的所述區(qū)域的邊界至少一非零的距離處。11.按照權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述疲勞特性的特征量是最大的應(yīng)力集中系數(shù)。全文摘要基于構(gòu)件表面狀態(tài)來表征構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的方法，所述方法包括以下步驟數(shù)據(jù)測定步驟其測定幾何數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)描述應(yīng)被確定疲勞強(qiáng)度的區(qū)域的表面輪廓；將所述數(shù)據(jù)應(yīng)用到計(jì)算模型，從而估計(jì)所述構(gòu)件的所述區(qū)域內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力場；從所述應(yīng)力場的估計(jì)中推導(dǎo)出所述構(gòu)件的疲勞特性的至少一特征量。文檔編號G01N3/56GK101395461SQ200780008014公開日2009年3月25日申請日期2007年3月6日優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日發(fā)明者C·埃斯皮諾薩,C·馬布呂,M·素拉拉猜,R·謝拉加蒂,V·韋爾涅申請人:空中客車法國公司