(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210984423.6 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 刘丰睿　董齐　时新红　骈瑢　 郭希诚　罗迈　 (74)专利代理 机构 北京慧泉知识产权代理有限 公司 11232 专利代理师 王顺荣　唐爱华 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种预测压-压循环载荷作用下裂纹扩展寿 命的方法 (57)摘要 本发明涉及一种预测压 ‑压循环载荷作用下 裂纹扩展寿命的方法， 属于金属材料断裂力学研 究领域。 该方法的步骤如下： 首先进行疲劳裂纹 扩展试验并确定Paris公式中的材料参数C和m； 然后通过有限元模拟获得CT试件在压 ‑压循环载 荷作用下的残 余应力σ； 接着根据残 余应力σ计 算残余应力强度因子函数Kres(a)； 最后将Kres(a) 代入Paris公式并进行循环积分就可以预测CT试 件在压‑压循环载荷作用下的裂纹扩展寿命。 本 发明不仅具有较高的预测精度， 而且需要的参数 也较少， 与现有预测方法相比， 计算效率更高， 操 作更方便,便 于工程应用。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115482888 A 2022.12.16 CN 115482888 A 1.一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展 寿命的方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1、 根据ASTM  E647标准进行疲劳裂纹扩展试验， 获得裂纹扩展速率da/dN和应力强 度因子范围ΔK； 然后对帕里斯Par is公式取对数， 将公式(1)变成公 式(2)， 并在坐标系中绘 制出log(da/dN) ‑log(ΔK)数据得到一条斜直线； 其中， 直线的斜率是m， 直线的截距是log (C)； 最后根据直线的斜 率和截距确定 C和m； da/dN＝C(ΔK)m   (1) log(da/dN)＝ml og(ΔK)+l og(C)   (2) 式中： C和m是和材 料相关的参数； 步骤2、 通过有限元模拟获得CT试件在压 ‑压循环载荷作用下的残余应力σ； 步骤3、 计算残余应力强度因子函数 Kres(a)； 步骤4、 对于压 ‑压循环载荷作用下的裂纹扩展问题， ΔK＝Kres(a)， 将残余应力强度因 子函数Kres(a)代入帕里斯Paris公式， 然后对公式进行积分。 2.根据权利要求1所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其特征 在于： 在步骤2中， 包括： 根据ASTM  E647标准确定CT试件的尺寸， 然后 在ANSYS软件中建立CT 试件的二维有限元模型。 3.根据权利要求2所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其特征 在于： 在步骤2中， 包括： 为有限元模 型施加压 ‑压循环载荷， 由于棘轮效应， CT 试件的残余应 力分布会随着循环数N发生变化。 4.根据权利要求3所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其特征 在于： 当载荷循环数N＝20时， CT试件的残 余应力分布将 达到稳定状态， 此时停止加载， 然后 通过ANSYS软件自带的后处 理工具得到CT试件对称轴上法向的残余应力σ 。 5.根据权利要求1所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其特征 在于： 在步骤3中， 包括： 根据 残余应力和虚拟 裂纹长度a确定残余应力分布 函数σ(b)， 其中b 是残余应力到虚拟裂纹尖端的距离， b1和b2是函数的边界， 然后将σ(b)代入公式(3) ‑(9)计 算残余应力强度因子Kres； H( α,Δ)＝(1+A1Δ+A2Δ2)/(1‑Δ)3/2      (4) A1＝3.57+12.5(1 ‑α )8        (5) A2＝5.1‑15.32α +16.58α2‑5.97α3       (6) W′＝W‑a+b           (7) α ＝a/W        (8) Δ＝b/W′            (9) 式中： W是试件宽度； W ′是从残余应力处测量的试件宽度； A1和A2是以α 为自变量的函数； H( α,Δ)是权函数。 6.根据权利要求5所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其特征 在于： 在步骤3中， 包括： 通过改变虚拟裂纹长度a， 计算不同a对应的残 余应力强度因子Kres， 然后采用高斯公 式对离散的Kres数据点进行拟合， 最后获得残 余应力强度因子函数Kres(a)，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115482888 A 2其中d1、 e1、 f1、 d2、 e2和f2都是高斯公式的拟合系数， 没有具体含义； 7.根据权利要求1或6所述的一种预测压 ‑压循环载荷作用下裂纹扩展寿命的方法， 其 特征在于： 在步骤4中， 包括： 将Kres(a)代入帕里斯Paris公式获得公式(11)， 然后对公式 (11)进行积分获得公式(12)； 其中， a0是缺口长度； 对于不 同的临界裂纹长度ac， 通过公式 (12)计算相应的临界循环数Nc， 并由此画出虚拟裂纹长度a与循环数N之间的关系图， 即a ‑N 曲线， 实现对CT试件裂纹扩展 寿命的预测； da/dN＝C(Kres(a))m        (11) 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115482888 A 3