本發(fā)明涉及金屬材料性能測(cè)試，具體為一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、由材料性能預(yù)測(cè)構(gòu)件壽命是學(xué)者們的長(zhǎng)久課題，也是工程領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。其中多變、復(fù)雜的應(yīng)力比嚴(yán)重影響著構(gòu)件的疲勞壽命，也為預(yù)測(cè)研究帶來(lái)極大的困難。因此，對(duì)材料在不同應(yīng)力比疲勞強(qiáng)度進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，建立應(yīng)力比對(duì)材料疲勞性能影響的評(píng)估體系，是材料性能預(yù)估構(gòu)件壽命研究的必要一環(huán)。

2、隨著生產(chǎn)效率和安全標(biāo)準(zhǔn)的提高，人們對(duì)特定材料高強(qiáng)度水平的需求也逐漸提升。在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)疲勞強(qiáng)度并未隨之提升，而出現(xiàn)短暫的“平臺(tái)”并有下降的趨勢(shì)。pang提出了p-c模型描述了這一關(guān)系，建立了疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的普適關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)疲勞強(qiáng)度的快速預(yù)測(cè)。由此發(fā)現(xiàn)了新的問(wèn)題：同系列材料的不同強(qiáng)度和不同應(yīng)力比下疲勞強(qiáng)度具有怎樣的聯(lián)系？因此，建立描述拉伸性能與各應(yīng)力比疲勞性能間的關(guān)系具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了提高預(yù)測(cè)同系列金屬材料在不同應(yīng)力條件下疲勞強(qiáng)度的效率，本發(fā)明提供了一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。該方法聯(lián)系了不同抗拉強(qiáng)度、不同應(yīng)力比下疲勞強(qiáng)度的關(guān)系，僅需通過(guò)兩組不同狀態(tài)的拉伸、r＝1和r≠-1的疲勞試驗(yàn)即可對(duì)同系列材料在各應(yīng)力比的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，該方法具體包括如下步驟：

4、一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，該方法針對(duì)具有不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料進(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)，具體包括如下步驟：

5、(1)對(duì)具有不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料試樣進(jìn)行軸向拉伸測(cè)試，獲得抗拉強(qiáng)度σb；

6、(2)對(duì)同一抗拉強(qiáng)度的目標(biāo)金屬材料試樣進(jìn)行疲勞強(qiáng)度測(cè)試，獲得在對(duì)稱軸向載荷(應(yīng)力比r＝-1)條件下的疲勞強(qiáng)度σ-1，以及至少一個(gè)在非對(duì)稱軸向載荷(r≠-1)條件下的疲勞強(qiáng)度σw；按此方式，獲得其他抗拉強(qiáng)度目標(biāo)金屬材料試樣的σ-1和σw；

7、(3)利用步驟(1)-(2)獲得的不同抗拉強(qiáng)度試樣的拉伸性能(σb)和r＝-1的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將各抗拉強(qiáng)度的σ-1/σb與σb值通過(guò)公式(1)進(jìn)行擬合，獲得參數(shù)c和p；

8、

9、(4)利用同一抗拉強(qiáng)度試樣的拉伸性能(σb)和r≠-1的疲勞強(qiáng)度數(shù)據(jù)(σw)，計(jì)算在r≠-1條件下疲勞強(qiáng)度的平均應(yīng)力σm，以σm/σb為橫坐標(biāo)、以σw/σ-1為縱坐標(biāo)繪制σw/σ-1與σm/σb關(guān)系圖，繪制(σm/σb,σw/σ-1)坐標(biāo)，過(guò)(0,1)坐標(biāo)通過(guò)公式(2)擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得參數(shù)g；

10、

11、(5)將多種不同抗拉強(qiáng)度下的參數(shù)g與對(duì)應(yīng)的σ-1/σb通過(guò)公式(3)擬合獲得擬合系數(shù)g0和k；

12、

13、(6)將獲得參數(shù)值代入公式(4)中，

14、

15、公式(4)中，σ-1＝(c-p·σb)·σb，經(jīng)計(jì)算可求得同系列強(qiáng)度為σb的同系列金屬材料在應(yīng)力比r下的疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)值σw。

16、上述步驟(1)中，所述具有不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料是指該金屬材料化學(xué)成分相同但抗拉強(qiáng)度值不同；所述不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料是通過(guò)采用不同加工方法制備的樣品。

17、上述步驟(1)中，所述同系列金屬材料至少選擇兩種不同抗拉強(qiáng)度的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；為保證數(shù)據(jù)重復(fù)性，每種抗拉強(qiáng)度至少需要三個(gè)樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。

18、上述步驟(2)中，疲勞實(shí)驗(yàn)需與拉伸實(shí)驗(yàn)保持相同的環(huán)境條件(溫度和氣氛等)；為保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可選擇1～2個(gè)非對(duì)稱軸向載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度測(cè)試；每組疲勞強(qiáng)度至少需3對(duì)升降法獲得，且疲勞強(qiáng)度均由最大應(yīng)力表示。

19、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下：

20、1、本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法聯(lián)系了同系列材料的抗拉強(qiáng)度與各應(yīng)力比疲勞強(qiáng)度間的關(guān)系。

21、2、本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法適用于同系列金屬材料的不同抗拉強(qiáng)度，隨著強(qiáng)度的變化，參數(shù)c和p的值有所變化，可很好地描述抗拉強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度間的關(guān)系。

22、3、本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法適用于多種加載條件，隨著材料在循環(huán)周次、溫度和應(yīng)力集中狀態(tài)等環(huán)境條件的變化，參數(shù)g有所變化，可較好描述應(yīng)力比與疲勞強(qiáng)度間的關(guān)系。

23、4、本發(fā)明的預(yù)測(cè)方法精度較高，通過(guò)少量的拉伸和疲勞試驗(yàn)即可進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，具有高效率和低成本等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)特征：

1.一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：該方法針對(duì)具有不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料進(jìn)行不同應(yīng)力比條件下的疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)，具體包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟(1)中，所述具有不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料是指該金屬材料化學(xué)成分相同但抗拉強(qiáng)度值不同；所述不同抗拉強(qiáng)度的同系列金屬材料是通過(guò)采用不同加工方法制備的樣品。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟(1)中，所述同系列金屬材料至少選擇兩種不同抗拉強(qiáng)度的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；為保證數(shù)據(jù)重復(fù)性，每種抗拉強(qiáng)度至少需要三個(gè)樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于：步驟(2)中，疲勞實(shí)驗(yàn)需與拉伸實(shí)驗(yàn)保持相同的環(huán)境條件(溫度和氣氛等)；為保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可選擇1～2個(gè)非對(duì)稱軸向載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度測(cè)試；每組疲勞強(qiáng)度至少需3對(duì)升降法獲得，且疲勞強(qiáng)度均由最大應(yīng)力表示。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種不同抗拉強(qiáng)度金屬材料不同應(yīng)力比條件下疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，屬于金屬材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。該方法基于P?C模型描述的抗拉強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度間的聯(lián)系，擴(kuò)展到應(yīng)力比對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響關(guān)系，建立了金屬材料多強(qiáng)度多應(yīng)力比的疲勞強(qiáng)度評(píng)估方法。本發(fā)明簡(jiǎn)單高效，通過(guò)至少兩組的拉伸和疲勞實(shí)驗(yàn)即可預(yù)測(cè)同系列材料在各強(qiáng)度各應(yīng)力比下的疲勞強(qiáng)度，節(jié)約了大量的時(shí)間和人力成本，并且有較高的精準(zhǔn)度。此外本發(fā)明綜合考慮了構(gòu)件在服役時(shí)的內(nèi)部因素(材料強(qiáng)度)和外部因素(應(yīng)力比)對(duì)其疲勞強(qiáng)度的影響，具有科學(xué)合理性，已驗(yàn)證對(duì)風(fēng)電用鋼有較好的預(yù)測(cè)效果，可為工程構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度校核提供方法支撐，在工業(yè)領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：龐建超,高崇,鄒成路,李守新,張哲峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26