技術特征：

1.一種恒變幅加載下機械結構的疲勞壽命可靠度評估方法，其特征在于，包括：

根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機械結構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)計算機械結構在所述設定可靠度及設定置信度下的特征疲勞壽命值；

基于細節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設定可靠度及設定置信度條件下機械結構的強度參考值；

利用所述強度參考值、所述設定可靠度及設定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強度參考值之間的關系，計算所述機械結構在所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結構在一恒幅加載下的預計服役壽命n_t，計算機械結構的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機械結構在該恒幅加載下可靠度D；

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

2.根據(jù)權利要求1所述的疲勞壽命可靠度評估方法，其特征在于，所述可靠度等級因數(shù)模型為：

$F_D={\left(ln\frac{1}{D}\right)}^{-1/\mathrm{\α}}$

其中，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)，D為所述設定可靠度，α為所述形狀參數(shù)；

在建立一設定置信度下的置信度等級因數(shù)模型之前，還包括：

確定機械結構的疲勞壽命和所述最小壽命參數(shù)之間的差值在設定區(qū)間[X，+∞]的概率P與所述設定置信度的關系：

P{N-N₀≥X}＝C

其中，X為單側置信區(qū)間下限，N為疲勞壽命，N₀為最小壽命參數(shù)，C為設定置信度；

所述置信度等級因數(shù)模型為：

$F_C=\frac{N_a-N_0}{X}$

其中，F(xiàn)_C為置信度等級因數(shù)，N_a為尺度參數(shù)；

所述可靠度D和置信度C下的特征疲勞壽命值的計算公式如下：

$N_{D/C}=\frac{N_a-N_0}{F_D{F}_C}+N_0$

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)_C為置信度等級因數(shù)，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)，N₀為最小壽命參數(shù)，N_a為尺度參數(shù)。

3.根據(jù)權利要求2所述的疲勞壽命可靠度評估方法，其特征在于，基于細節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設定可靠度及設定置信度條件下機械結構的強度參考值，包括：

在所述設定可靠度及設定置信度條件下確定特征疲勞壽命值的三參數(shù)應力-壽命曲線模型：

${\mathrm{lgN}}_{D/C}=\lg \frac{N_r}{{(\frac{1-R_r}{2}{S}_{max-r}-S_0)}^B}+\lg {(S_{a-D/C}-S_0)}^B;$

基于所述三參數(shù)應力-壽命曲線模型及應力幅值和平均應力的關系建立特征疲勞壽命值N_D/C與強度參考值S_max-r之間的關系模型，得到所述強度參考值；

所述關系模型如下：

$S_{max-r}=\frac{2(1+R_r)S_a{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)-4S_a{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)+2S_a\](1-R_r){\left(\frac{N_{D/C}}{N_r}\right)}^{\frac{1}{B}}}+\frac{2}{1-R_r}{S}_0$

其中，S_a為應力幅值，N_r為參考疲勞壽命值，R_r為參考應力比值，S_m為平均應力，S₀是材料的疲勞極限，B是曲線斜率相關常數(shù)，σ_b為材料的抗拉強度，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的應力幅值下的特征疲勞壽命所對應的應力幅值。

4.根據(jù)權利要求3所述的疲勞壽命可靠度評估方法，其特征在于，如果機械結構的S_max-r和機械結構所處的工況是已知的，那么機械結構在設定可靠度及設定置信度條件下的特征壽命值N_D/C便可被確定，利用所述強度參考值及設定可靠度及設定置信度條件下的特征疲勞壽命值與所述強度參考值之間的關系，計算所述機械結構在所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結構在一恒幅加載下的預計服役壽命n_t，計算機械結構的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機械結構在該恒幅加載下可靠度D，包括：

利用所述強度參考值、所述設定可靠度及設定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強度參考值之間的關系，計算所述機械結構在所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命N_C：

$N_C=\left\{\right\{N_r{\left\{\frac{2(1+R_r)S_a{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)-4S_a{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)+2S_a\]\[(1-R_r)S_{\max -r}-2S_0\]}\right\}}^B+N_0\left\}{\left(ln\frac{1}{D}\right)}^{-\frac{1}{\mathrm{\α}}}\right\}-N_0;$

根據(jù)所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結構在一恒幅加載下的預計服役壽命n_t，計算機械結構的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機械結構在該恒幅加載下可靠度D：

$D=\exp \[-{\left(\frac{N_C-N_0}{n_t-N_0}\right)}^{-\mathrm{\α}}\].$

5.根據(jù)權利要求4所述的疲勞壽命可靠度評估方法，其特征在于，假定機械結構承受的變幅加載為k級不同應力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設定置信度條件下特征疲勞壽命的計算模型得到第i級恒幅應力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應力幅值下預期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結構在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，包括：

根據(jù)特征疲勞壽命值N_C的計算公式及下述特征疲勞壽命模型計算第i級恒幅應力下的特征疲勞壽命N_C,i：

$N_{C,i}=\left\{\right\{N_r{\left\{\frac{2(1+R_r)S_{a,i}{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_{m,i}-S_{a,i})-4S_{a,i}{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_{m,i}-S_{a,i})+2S_{a,i}\]\[(1-R_r)S_{\max -r}-2S_0\]}\right\}}^B+N_0\left\}{\left(ln\frac{1}{D}\right)}^{-\frac{1}{\mathrm{\α}}}\right\}-N_0$

根據(jù)下述等效可靠度模型，將各級應力幅值下預期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效：

$n_{i,e}=(N_{C,i+1}-N_0)\·{\left(ln\frac{1}{D_i}\right)}^{1/\mathrm{\α}}+N_0$

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為機械結構完成前i級加載的預計循環(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)為當前級的預計循環(huán)次數(shù)加上等效循環(huán)次數(shù)，評估機械結構完成所述變幅加載的可靠度變?yōu)樵u估機械結構完成變幅應力譜中第k級即最后一級橫幅加載的可靠度；根據(jù)下述變幅加載下的可靠度評估模型，評估機械結構完成所述變幅加載的可靠度：

$D_k=\exp \[-{\left(\frac{N_{C,k}-N_0}{n_k+n_{k-1,e}-N_0}\right)}^{-\mathrm{\α}}\]$

其中，n_k為機械結構在第k級橫幅加載下的預期循環(huán)次數(shù)，n_k-1,e為機械結構在第k級橫幅加載下與第k-1級橫幅加載下造成相同疲勞壽命可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)。

6.一種恒變幅加載下機械結構的疲勞壽命可靠度評估裝置，其特征在于，包括：

參數(shù)計算單元，用于根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機械結構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，用于建立一設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)計算機械結構在所述設定可靠度及置信度下的特征疲勞壽命值；

強度參考值生成單元，用于基于細節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設定可靠度及設定置信度條件下機械結構的強度參考值；

橫幅加載下疲勞壽命可靠度生成單元，用于利用所述強度參考值、所述設定可靠度及設定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強度參考值之間的關系，計算所述機械結構在所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結構在一恒幅加載下的預計服役壽命n_t，計算機械結構的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機械結構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，用于假定機械結構承受的變幅加載為k級不同應力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設定置信度條件下特征疲勞壽命的計算模型得到第i級恒幅應力下的特征疲勞壽命，然后基于一等效可靠度模型，將各級應力幅值下預期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結構在變幅加載下的疲勞壽命可靠度D_k，i≤k。

7.根據(jù)權利要求6所述的疲勞壽命可靠度評估裝置，其特征在于，所述可靠度等級因數(shù)模型為：

$F_D={\left(ln\frac{1}{D}\right)}^{-1/\mathrm{\α}}$

其中，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)，D為所述設定可靠度，α為所述形狀參數(shù)；

所述疲勞壽命可靠度評估裝置還包括：

關系確定單元，用于確定機械結構的疲勞壽命和所述最小壽命參數(shù)之間的差值在設定區(qū)間[X，+∞]的概率P與所述設定置信度的關系：

P{N-N₀≥X}＝C

其中，X為單側置信區(qū)間下限，N為疲勞壽命，N₀為最小壽命參數(shù)，C為設定置信度；

所述置信度等級因數(shù)模型為：

$F_C=\frac{N_a-N_0}{X}$

其中，F(xiàn)_C為置信度等級因數(shù)，N_a為尺度參數(shù)；

所述可靠度D和置信度C下的特征疲勞壽命值的計算公式如下：

$N_{D/C}=\frac{N_a-N_0}{F_D{F}_C}+N_0$

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)_C為置信度等級因數(shù)，F(xiàn)_D為可靠度等級因數(shù)，N₀為最小壽命參數(shù)，N_a為尺度參數(shù)。

8.根據(jù)權利要求7所述的疲勞壽命可靠度評估裝置，所述強度參考值生成單元包括：

模型確定模塊，用于在所述設定可靠度及設定置信度條件下確定特征疲勞壽命值的三參數(shù)應力-壽命曲線模型：

${\mathrm{lgN}}_{D/C}=\lg \frac{N_r}{{(\frac{1-R_r}{2}{S}_{max-r}-S_0)}^B}+\lg {(S_{a-D/C}-S_0)}^B;$

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

所述關系模型如下：

$S_{max-r}=\frac{2(1+R_r)S_a{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)-4S_a{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)+2S_a\](1-R_r){\left(\frac{N_{D/C}}{N_r}\right)}^{\frac{1}{B}}}+\frac{2}{1-R_r}{S}_0$

其中，S_a為應力幅值，N_r為參考疲勞壽命值，R_r為參考應力比值，S_m為平均應力，S₀是材料的疲勞極限，B是曲線斜率相關常數(shù)，σ_b為材料的抗拉強度，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的應力幅值下的特征疲勞壽命所對應的應力幅值。

9.根據(jù)權利要求8所述的疲勞壽命可靠度評估裝置，其特征在于，所述橫幅加載下機械結構的疲勞壽命可靠度生成單元包括：

特征疲勞壽命值計算模塊，用于利用所述強度參考值、所述設定可靠度及設定置信度下的特征疲勞壽命值與所述強度參考值之間的關系，計算所述機械結構在所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命N_C：

$N_C=\left\{\right\{N_r{\left\{\frac{2(1+R_r)S_a{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)-4S_a{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_m-S_a)+2S_a\]\[(1-R_r)S_{\max -r}-2S_0\]}\right\}}^B+N_0\left\}{\left(\ln \frac{1}{D}\right)}^{-\frac{1}{\mathrm{\α}}}\right\}-N_0;$

可靠度生成模塊，用于根據(jù)所述設定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結構在一恒幅加載下的預計服役壽命n_t，計算機械結構的疲勞壽命超過該n_t值的概率即機械結構在該恒幅加載下可靠度D：

$D=\exp \[-{\left(\frac{N_C-N_0}{n_t-N_0}\right)}^{-\mathrm{\α}}\].$

10.根據(jù)權利要求9所述的疲勞壽命可靠度評估裝置，其特征在于，所述變幅加載下機械結構的疲勞壽命可靠度生成單元包括：

特征疲勞壽命生成模塊，用于根據(jù)特征疲勞壽命值N_C的計算公式及下述特征疲勞壽命模型計算第i級恒幅應力下的特征疲勞壽命N_C,i：

$N_{C,i}=\left\{\right\{N_r{\left\{\frac{2(1+R_r)S_{a,i}{\mathrm{\σ}}_b-2S_0(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_{m,i}-S_{aj})-4S_{a,i}{S}_0}{\[(1+R_r)({\mathrm{\σ}}_b-S_{m,i}-S_{a,i})+2S_{a,i}\]\[(1-R_r)S_{\max -r}-2S_0\]}\right\}}^B+N_0\left\}{\left(\ln \frac{1}{D}\right)}^{-\frac{1}{\mathrm{\α}}}\right\}-N_0$

并根據(jù)下述等效可靠度模型，將各級應力幅值下預期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效：

$n_{i,e}=(N_{C,i+1}-N_0)\·{\left(ln\frac{1}{D_i}\right)}^{1/\mathrm{\α}}+N_0$

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為機械結構完成前i級加載的預計循環(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)為當前級的預計循環(huán)次數(shù)加上等效循環(huán)次數(shù)，評估機械結構完成所述變幅加載的可靠度變?yōu)樵u估機械結構完成變幅應力譜中第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，用于根據(jù)下述變幅加載下的可靠度評估模型，評估機械結構完成所述變幅加載的可靠度D_k：

$D_k=\exp \[-{\left(\frac{N_{C,k}-N_0}{n_k+n_{k-1,e}-N_0}\right)}^{-\mathrm{\α}}\]$

其中，n_k為機械結構在第k級橫幅加載下的預期循環(huán)次數(shù)，n_k-1,e為所有k-1級應力造成相同疲勞可靠度所需的等效循環(huán)次數(shù)。