本發(fā)明涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估技術(shù)，特別涉及一種恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們要求機(jī)械設(shè)備高速化、輕量化、重載化以及高強(qiáng)度化的同時(shí)，也越來越重視機(jī)械結(jié)構(gòu)的壽命可靠度和置信度。機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度高、置信度高，意味著其無故障工作至預(yù)期壽命的可能性越大，產(chǎn)品的市場競爭力越高。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度評估方法通過假定結(jié)構(gòu)的疲勞壽命服從正態(tài)分布，然后根據(jù)繪制的概率-應(yīng)力-壽命曲線來判斷機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度，但對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的高置信度要求難以滿足。另外，這種傳統(tǒng)方法采用的應(yīng)力-壽命關(guān)系模型只能適應(yīng)于10⁴-10⁶循環(huán)周次的壽命區(qū)間，無法滿足當(dāng)今工業(yè)對機(jī)械結(jié)構(gòu)的高服役壽命要求。并且這種傳統(tǒng)方法只能對橫幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行可靠度評估，無法評估變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度，而機(jī)械結(jié)構(gòu)在真實(shí)工況下承受的應(yīng)力幅值大多是變化的。此外，這種傳統(tǒng)方法在進(jìn)行評估的時(shí)候沒有考慮平均應(yīng)力和疲勞極限對于疲勞壽命可靠度的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置，以對機(jī)械結(jié)構(gòu)在橫幅加載下或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進(jìn)行可靠度評估，以便對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法，包括：

根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)及形狀參數(shù)；

建立一設(shè)定可靠度下的可靠度等級因數(shù)模型，將估算出的所述形狀參數(shù)輸入所述可靠度等級因數(shù)模型，得到可靠度等級因數(shù)；

建立一設(shè)定置信度下的置信度等級因數(shù)模型，將所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)輸入所述置信度等級因數(shù)模型，得到置信度等級因數(shù)；

根據(jù)所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)、可靠度等級因數(shù)及置信度等級因數(shù)計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值；

基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴(kuò)展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參考值；

如果機(jī)械結(jié)構(gòu)的S_max-r和機(jī)械結(jié)構(gòu)所處的工況(即S_a和S_m)是已知的，那么機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下的特征壽命值N_D/C便可被確定。利用所述強(qiáng)度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強(qiáng)度參考值之間的關(guān)系，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命的計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的可靠度D；

假定機(jī)械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下特征疲勞壽命的計(jì)算模型得到第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行等效，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，i≤k。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估裝置，包括：

參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機(jī)械結(jié)構(gòu)的最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)及形狀參數(shù)；

可靠度等級因數(shù)生成單元，用于建立一設(shè)定可靠度下的可靠度等級因數(shù)模型，將估算出的所述形狀參數(shù)輸入所述可靠度等級因數(shù)模型，得到可靠度等級因數(shù)；

置信度等級因數(shù)生成單元，用于建立一設(shè)定置信度下的置信度等級因數(shù)模型，將所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)輸入所述置信度等級因數(shù)模型，得到置信度等級因數(shù)；

特征疲勞壽命值生成單元，用于根據(jù)所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)、可靠度等級因數(shù)及置信度等級因數(shù)計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及置信度下的特征疲勞壽命值；

強(qiáng)度參考值生成單元，用于基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴(kuò)展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參考值；

疲勞壽命可靠度生成單元，用于利用所述強(qiáng)度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強(qiáng)度參考值之間的關(guān)系，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命的計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的可靠度D；

等效單元，用于假定機(jī)械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅應(yīng)力的集合，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下特征疲勞壽命的計(jì)算模型得到第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行等效，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，i≤k。

本發(fā)明可以滿足對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮了平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，同時(shí)，本發(fā)明還引入更符合疲勞失效實(shí)際的三參數(shù)威布爾分布和適應(yīng)于全壽命區(qū)間的三參數(shù)應(yīng)力-壽命關(guān)系模型，可對機(jī)械結(jié)構(gòu)在橫幅加載下或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進(jìn)行可靠度評估，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)有著重要意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的等壽命曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的疲勞壽命可靠度評估裝置的結(jié)構(gòu)框圖一；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的疲勞壽命可靠度評估裝置的結(jié)構(gòu)框圖二；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的強(qiáng)度參考值生成單元的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的疲勞壽命可靠度生成單元的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的等效單元的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，亟需一種滿足對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，可對橫幅加載下或變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的任意壽命區(qū)間進(jìn)行可靠度評估的方法，基于此本發(fā)明提供了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的疲勞壽命可靠度評估方法流程圖，如圖1所示，該疲勞壽命可靠度評估方法包括如下步驟：

S101：根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機(jī)械結(jié)構(gòu)的最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)及形狀參數(shù)。

首先，需要假設(shè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命服從三參數(shù)威布爾分布，三參數(shù)威布爾分布函數(shù)F(N)可以表示為：

公式(1)中，N是疲勞壽命，N₀是最小壽命參數(shù)，N_a是尺度參數(shù)，α是形狀參數(shù)。根據(jù)所要評估的機(jī)械結(jié)構(gòu)的預(yù)期壽命，選取與其疲勞壽命數(shù)量級最為接近的應(yīng)力級水平下的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)方法如常規(guī)最大似然法，可估算得到N₀、N_a和α的值。

S102：建立一設(shè)定可靠度下的可靠度等級因數(shù)模型，將估算出的所述形狀參數(shù)輸入所述可靠度等級因數(shù)模型，得到可靠度等級因數(shù)。

基于形狀參數(shù)，可以構(gòu)建該可靠度等級因數(shù)模型，該可靠度等級因數(shù)模型為：

其中，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)，D為所述設(shè)定可靠度。

S103：建立一設(shè)定置信度下的置信度等級因數(shù)模型，將所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)輸入所述置信度等級因數(shù)模型，得到置信度等級因數(shù)。

用X表示單側(cè)置信區(qū)間下限，可以確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和最小壽命參數(shù)之間的差值(N-N₀)在設(shè)定區(qū)間[X，+∞]的概率P與設(shè)定置信度的關(guān)系表達(dá)式：

P{N-N₀≥X}＝C (3)

其中，C為設(shè)定置信度。

然后，基于S101中N₀和N_a的值，通過查T分布表確定X的值，進(jìn)而可以建立一定置信度C下的置信度等級因數(shù)模型，該置信度等級因數(shù)模型為：

其中，F(xiàn)_C為置信度等級因數(shù)。

S104：根據(jù)所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)、可靠度等級因數(shù)及置信度等級因數(shù)計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值。

具體實(shí)施時(shí)，可以通過如下特征疲勞壽命值的計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征疲勞壽命值：

其中，N_D/C為可靠度D和置信度C下的特征疲勞壽命值，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)。

S105：基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴(kuò)展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參考值。

本發(fā)明實(shí)施例在，將三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型引入細(xì)節(jié)疲勞額定值理論，擴(kuò)展評估壽命范圍，并基于機(jī)械結(jié)構(gòu)真實(shí)工況的考慮，計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參考值S_max-r。強(qiáng)度參考值S_max-r可表示在可靠度為D和置信度為C條件下，機(jī)械結(jié)構(gòu)在應(yīng)力比R＝R_r(R_r為參考應(yīng)力比值)下承受交變應(yīng)力并能夠達(dá)到疲勞壽命N＝N_r(N_r為任意參考疲勞壽命值，根據(jù)所評估機(jī)械結(jié)構(gòu)的預(yù)計(jì)服役壽命數(shù)量級設(shè)定)時(shí)所對應(yīng)的最大應(yīng)力。

首先，假定機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命N與承受交變應(yīng)力的應(yīng)力幅值S_a之間滿足三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線關(guān)系，其關(guān)系可表示如下：

lgN＝A+Blg(S_a-S₀) (6)

式中，S₀是材料的疲勞極限，B是曲線斜率相關(guān)常數(shù)，A是材料相關(guān)常數(shù)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)力幅值S_a、最大應(yīng)力S_max、平均應(yīng)力S_m、應(yīng)力比R之間的關(guān)系如下所示：

將R＝R_r帶入上市公式(7)、(8)，可以得到：

將上述公式(10)、N＝N_r以及S_max＝S_max-r代入上述公式(6)，可以得到參數(shù)A的表達(dá)式：

將上述公式(11)代回公式(6)，可以得到可靠度為D和置信度為C下的特征疲勞壽命N_D/C的S-N公式(特征疲勞壽命值的三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型)：

公式(12)中，S₀是材料的疲勞極限，N_r為參考疲勞壽命值，R_r為參考應(yīng)力比值，S_a-D/C是可靠度為D和置信度為C下的特征疲勞壽命所對應(yīng)的應(yīng)力幅值下的特征疲勞壽命所對應(yīng)的應(yīng)力幅值。

基于上述公式(9)、(10)，當(dāng)R＝R_r時(shí)，S_a和S_m的關(guān)系如下所示：

基于上述公式(13)，在以應(yīng)力幅值S_a為縱坐標(biāo)和以平均應(yīng)力S_m為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)圖中，通過原點(diǎn)，繪制一條對應(yīng)應(yīng)力比為R_r時(shí)的直線。在該直線上取一個(gè)縱坐標(biāo)為S_a-D/C的點(diǎn)Q，對應(yīng)一定的可靠度D、置信度C，則它的坐標(biāo)值為(S_a-D/C(1-R_r)/(1+R_r)，S_a-D/C)。然后，在橫坐標(biāo)軸上取點(diǎn)W(σ_b，0)(σ_b為材料的抗拉強(qiáng)度)，連接WQ兩點(diǎn)并單向延長，然后在該線上任取一點(diǎn)E(S_m，S_a)，分別過Q、E兩點(diǎn)作橫坐標(biāo)軸的垂直線，與橫坐標(biāo)軸交于T、Y兩點(diǎn)，如圖2所示。

由相似三角形理論，可得如下關(guān)系式：

即：

將上述公式(15)代入上述公式(13)，基于所述三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型及應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力的關(guān)系，可建立N_D/C與S_max-r之間的關(guān)系如下：

反推上述公式(16)，可得到計(jì)算機(jī)械的強(qiáng)度參考值S_max-r的關(guān)系模型如下：

S106：利用所述強(qiáng)度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強(qiáng)度參考值之間的關(guān)系，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下可靠度D。

具體地，疲勞可靠度指的是機(jī)械結(jié)構(gòu)在給定應(yīng)力下加載給定疲勞壽命可以存活的概率。由S105可知，如果機(jī)械結(jié)構(gòu)S_max-r和機(jī)械結(jié)構(gòu)所處的工況(即S_a和S_m)是已知的，那么通過公式(16)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征壽命值N_D/C便可被確定。另外，基于S104中的公式(4)和S105中的公式(16)，機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命分布的尺度參數(shù)僅對應(yīng)置信度為C的另一個(gè)特征疲勞壽命值N_C可通過下式計(jì)算得到：

根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的疲勞壽命可靠度D：

S107：假定機(jī)械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下特征疲勞壽命的計(jì)算模型得到第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行等效，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，i≤k。

首先，可以根據(jù)特征疲勞壽命值N_C的計(jì)算公式(公式16)及下述特征疲勞壽命模型(公式20)計(jì)算第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命N_C,i：

然后，基于威布爾分布函數(shù)，根據(jù)公式(20)計(jì)算得到的第一級橫幅應(yīng)力下置信度為C的特征疲勞壽命N_C,1，利用下式(21)，評估機(jī)械結(jié)構(gòu)完成第一級橫幅應(yīng)力預(yù)計(jì)服役壽命n₁的可靠度D₁：

基于公式(20)得到的第二級橫幅應(yīng)力下置信度為C的特征疲勞壽命N_C,2，并按照下式所示基于威布爾分布函數(shù)的等效可靠度模型，將機(jī)械結(jié)構(gòu)完成第一級恒幅應(yīng)力下預(yù)計(jì)服役壽命n₁轉(zhuǎn)換為在第二級恒幅應(yīng)力下造成相同疲勞壽命可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)n_1,e：

通過第三步得到的等效循環(huán)次數(shù)n_1,e，再加上第二級橫幅應(yīng)力下預(yù)計(jì)服役壽命n₂，利用下式(23)，評估機(jī)械結(jié)構(gòu)在第二級橫幅應(yīng)力下完成循環(huán)次數(shù)n₂+n_1,e的可靠度D₂：

基于公式(20)得到的第三級橫幅應(yīng)力下置信度為C的特征疲勞壽命N_C,3，按照下式所示基于威布爾分布函數(shù)的等效可靠度模型，將第二級橫幅應(yīng)力下服役的循環(huán)次數(shù)n₂+n_1,e轉(zhuǎn)換為機(jī)械結(jié)構(gòu)在第三級恒幅應(yīng)力下與前兩級應(yīng)力造成相同疲勞壽命可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)n_2，e：

最后，同樣按照基于威布爾分布函數(shù)的等效可靠度模型，按照之前幾步將之后各級承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按照同樣的方式進(jìn)行等效。定義機(jī)械結(jié)構(gòu)在第k級也即是最后一級恒幅應(yīng)力下與前面所有k-1級應(yīng)力造成相同疲勞可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)為n_k-1,e，通過下式，評估機(jī)械結(jié)構(gòu)在最后一級橫幅應(yīng)力下完成循環(huán)次數(shù)n_k+n_k-1,e的可靠度，即機(jī)械結(jié)構(gòu)完成該變幅應(yīng)力譜的可靠度D_k：

利用本發(fā)明實(shí)施例的疲勞壽命可靠度評估方法，可以滿足對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮了平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，同時(shí)，本發(fā)明還引入更符合疲勞失效實(shí)際的三參數(shù)威布爾分布和適應(yīng)于全壽命區(qū)間的三參數(shù)應(yīng)力-壽命關(guān)系模型，可對機(jī)械結(jié)構(gòu)在橫幅加載下或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進(jìn)行可靠度評估，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)有著重要意義。

基于與上述疲勞壽命可靠度評估方法相同的發(fā)明構(gòu)思，本申請?zhí)峁┮环N疲勞壽命可靠度評估裝置，如下面實(shí)施例所述。由于該疲勞壽命可靠度評估裝置解決問題的原理與疲勞壽命可靠度評估方法相似，因此該疲勞壽命可靠度評估裝置的實(shí)施可以參見疲勞壽命可靠度評估方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的恒變幅加載下機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，該疲勞壽命可靠度評估裝置包括：

參數(shù)計(jì)算單元301，用于根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)及形狀參數(shù)；

可靠度等級因數(shù)生成單元302，用于建立一設(shè)定可靠度下的可靠度等級因數(shù)模型，將估算出的所述形狀參數(shù)輸入所述可靠度等級因數(shù)模型，得到可靠度等級因數(shù)；

置信度等級因數(shù)生成單元303，用于建立一設(shè)定置信度下的置信度等級因數(shù)模型，將所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)輸入所述置信度等級因數(shù)模型，得到置信度等級因數(shù)；

特征疲勞壽命值生成單元304，用于根據(jù)所述最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)、可靠度等級因數(shù)及置信度等級因數(shù)計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及置信度下的特征疲勞壽命值；

強(qiáng)度參考值生成單元305，用于基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴(kuò)展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參考值；

橫幅加載下疲勞壽命可靠度生成單元306，用于利用所述強(qiáng)度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強(qiáng)度參考值之間的關(guān)系，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下可靠度D；

變幅加載下疲勞壽命可靠度生成單元307，假定機(jī)械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下特征疲勞壽命的計(jì)算模型得到第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行等效，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，i≤k。

一實(shí)施例中，如圖4所示，該疲勞壽命可靠度評估裝置還包括：

關(guān)系確定單元401，用于確定機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和所述最小壽命參數(shù)之間的差值在設(shè)定區(qū)間[X，+∞]的概率P與所述設(shè)定置信度的關(guān)系，如公式(3)所示。

一實(shí)施例中，如圖5所示，所述強(qiáng)度參考值生成單元305包括：

模型確定模塊501，用于在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下確定特征疲勞壽命值的三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型，如公式(12)所示。

強(qiáng)度參考值生成模塊502，用于基于所述三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型及應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力的關(guān)系建立特征疲勞壽命值N_D/C與強(qiáng)度參考值S_max-r之間的關(guān)系模型，得到所述強(qiáng)度參考值。

一實(shí)施例中，如圖6所示，橫幅加載下疲勞壽命可靠度生成單元306包括：

特征疲勞壽命值計(jì)算模塊601，用于利用所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值、所述強(qiáng)度參考值及特征疲勞壽命值與所述強(qiáng)度參考值之間的關(guān)系，計(jì)算所述機(jī)械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命N_C，如公式(18)所示。

可靠度生成模塊602，用于根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計(jì)算及機(jī)械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計(jì)服役壽命n_t，計(jì)算機(jī)械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的疲勞壽命可靠度D，如公式(19)所示。

一實(shí)施例中，如圖7所示，變幅加載下疲勞壽命可靠度生成單元307包括：

特征疲勞壽命生成模塊701，用于根據(jù)特征疲勞壽命值N_C的計(jì)算公式及下述特征疲勞壽命模型計(jì)算第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命N_C,i，并根據(jù)下述等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行等效：

其中，n_i,e為第i+1級橫幅加載下與第i造成相同疲勞壽命可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)，D_i為機(jī)械結(jié)構(gòu)完成前i級加載的預(yù)計(jì)循環(huán)次數(shù)后的可靠度；

除第一級加載外，之后每一級的循環(huán)次數(shù)為當(dāng)前級的預(yù)計(jì)循環(huán)次數(shù)加上等效循環(huán)次數(shù)，評估機(jī)械結(jié)構(gòu)完成所述變幅加載的可靠度變?yōu)樵u估機(jī)械結(jié)構(gòu)完成變幅應(yīng)力譜中第k級即最后一級橫幅加載的可靠度。

疲勞壽命可靠度生成模塊702，用于根據(jù)下述變幅加載下的可靠度評估模型，評估機(jī)械結(jié)構(gòu)完成所述變幅加載的可靠度。

利用本發(fā)明實(shí)施例的疲勞壽命可靠度評估裝置，可以滿足對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮了平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，同時(shí)，本發(fā)明還引入更符合疲勞失效實(shí)際的三參數(shù)威布爾分布和適應(yīng)于全壽命區(qū)間的三參數(shù)應(yīng)力-壽命關(guān)系模型，滿足對機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，可對機(jī)械結(jié)構(gòu)在恒幅或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進(jìn)行可靠度評估，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)有著重要意義。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體實(shí)施例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。