(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 202211035792.7 (22)申请日 2022.08.26 (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 魏大盛　史荣熙　马梦弟　韩乐　 (74)专利代理 机构 北京永创新实专利事务所 11121 专利代理师 周长琪 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于一种全寿命 段应力-寿命模型的疲劳寿 命确定方法 (57)摘要 本发明公开一种基于一种全寿命 段应力‑寿 命模型的疲 劳寿命确定方法， 提出适用于全应力 寿命的使用应力来计算材料疲劳寿命的模型， 此 模型的计算范围包含了从强度极限到疲劳极限 的全应力周期， 对高循环疲劳和低循环疲劳均有 良好的拟合效果， 同时模型在强度极限附近和疲 劳极限附近变化趋势与实际情况一致， 具有良好 的物理意义。 为更好的应用于实际结构中， 本发 明还提出了一种应力梯度计算方法， 结合应力寿 命模型， 拟合结果良好。 本发明适用于复杂应力 条件， 包括非循环对称载荷下和存在应力集中情 况的疲劳寿 命计算。 权利要求书2页 说明书8页 附图16页 CN 115458085 A 2022.12.09 CN 115458085 A 1.基于一种 全寿命段应力 ‑寿命模型的疲劳寿命确定方法， 其特征在于： 包括全寿命段 应力‑寿命模型建立部分与疲劳寿命确定 部分； 其中， 全寿命段应力 ‑寿命模型建立部分， 具体为： 步骤1： 建立未考虑应力梯度修 正的全应力范围内的应力 ‑寿命预测方程 为： 选用S形曲线作为基础模型， 对S型曲线 进行一定的变形， 得到： 式中， x为函数的自变量； 参数a控制S形曲线 的中间部分； 参数b控制S形曲线 的中间部 分中心点的横坐标； 参数d控制S形曲线右端渐近线部分的纵坐标值， 参数c和d之和控制图 像左端起点处的纵坐标值； d为材料在特定的应力比和 应力集中情况下的疲劳极限， c+d为 该材料在特定的应力比和应力集中情况下的强度极限， 用疲劳参数替代式(2)中的原有参 数a、 b、 c、 d后得到： 其中， Smax表示净截面应力的最大值， Nf表示材料在此种应力状态下可以承受的循环数， 即疲劳寿命， σb表示强度极限， σ‑1表示疲劳极限； 根据上述， 同时考虑到应力比对材料疲劳寿命的影响， 得到未考虑应力梯度修正的全 应力范围内的应力 ‑寿命预测方程： 其中： x0＝0,R＞0； x0＝‑lg(1‑R),R≤0 步骤2： 考虑到应力梯度对疲劳寿命的影响， 修 正步骤1中得到的应力 ‑寿命预测方程； 引入应力梯度影响因子Y， 同时引入参数h和f进行修正得到考虑应力比及应力梯度修 正的全寿命段应力 ‑寿命模型为： 其中： x0＝0,R＞0； x0＝‑lg(1‑R),R≤0 式中， a、 b、 g、 h、 f均为拟合 参数； Smax为净截面应力最大值， σbH为缺口强度极限； 基于上述建立的全寿命段应力 ‑寿命模型， 疲劳寿命确定 部分的方法为： 步骤A： 拟合计算得到全寿命段应力 ‑寿命模型中各参数； 步骤B： 根据待校核区域应力状态确定参数(Y， R， Nf， Smax， σb， σ‑1)； 步骤C： 将参数 a， b， g， h， f， σb、 σ‑1、 Smax、 R代入考虑应力比及应力梯度修正的全寿命段应权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115458085 A 2力‑寿命模型进行计算， 得到待校核区域的疲劳寿命。 2.如权利要求1所述基于一种 全寿命段应力 ‑寿命模型的疲劳寿命确定方法， 其特征在 于： 步骤2中应力梯度影响因子计算方法为： 令缺口应力归一化曲线右端点向竖轴做垂线将曲线与垂线围成的面积记为S， 应力梯 度影响因子 Y＝1‑S。 3.如权利要求1所述基于一种 全寿命段应力 ‑寿命模型的疲劳寿命确定方法， 其特征在 于： 步骤B中， 使用指数插值方法针对结构计算σbH和σ‑1： 对于材料的强度极限σb与σbH， 其与应力比无关， 由应力集中系数Kt＝1和Kt＝3时的强度 极限对实际结构的Y插值得到， 具体方程为σbH'＝YnσbH； 计算时先用Kt＝3时的Y和σbH得到参 数n， 再使用实际结构的Y得到实际结构下的σbH； 对于材料的疲劳极限σ‑1， 其与应力比有关， 在 计算时首先使用Y来插值得到无应力集中 时S‑N曲线数据中包含的应力比下 的疲劳极限， 再使用线性插值得到实际结构应力比下 的 疲劳极限。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115458085 A 3