(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 202211106320.6 (22)申请日 2022.09.11 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 李道航　尚德广　王金杰　毛正宇　 赵祎茹　李伟　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 王兆波 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 考虑多轴热机械疲劳损伤机理的寿命评估 方法 (57)摘要 本发明公开了考虑多轴热机械疲劳损伤机 理的寿命评估 方法， 利用等效温度抓住了多轴热 机械疲劳载荷历程中温度载荷的特征信息， 并且 提供了基于双曲正切函数的温度依赖性影响因 子计算模型， 考虑了温度对损伤的影响。 利用时 间依赖性影响因子考虑了更长的循环周期以及 保载时间的引入对失效寿命的影 响。 采用Shang ‑ Wang多轴损伤模型考虑了非比例附加硬化对疲 劳和氧化损伤的影 响。 通过快速开裂影 响因子考 虑了由高温、 拉伸应力和剪切应力综合作用引起 的材料快速开裂对失效寿命的影 响。 利用带和不 带保载时间单轴等温疲劳试验、 单轴和多轴热机 械疲劳试验的失效寿命结果对提出的方法进行 了验证， 预测误差在2倍因子以内， 本方法应用于 实际高温结构的失效寿 命预测。 权利要求书1页 说明书9页 附图1页 CN 115510628 A 2022.12.23 CN 115510628 A 1.一种考虑多轴热机械疲劳损伤机理的寿命评估方法， 其特征在于： 该方法的实现步 骤如下， 步骤(1)： 计算多轴热机 械疲劳载荷历程中温度载荷的等效温度Te： 其中， Te是温度载荷的等效温度， T(ti)是ti时刻的温度， i是温度载荷 数据点计数变量， ti是第i个数据点对应的时刻， n是温度载荷数据点个数， Tth是临界温度； 步骤(2)： 基于步骤(1)计算得到的Te计算温度依赖性影响因子DT： 其中， Tm是材料的熔化温度， αT是表达温度依赖性的材 料常数， tanh为双曲正切函数； 步骤(3)： 计算时间依赖性影响因子Dt： Dt＝1+αttcyc 其中， tcyc是循环周期， αt是表达时间依赖性的材 料常数； 步骤(4)： 计算快速开裂 影响因子 M： 其中， σeq为von Mises等效应力， σb为材料的抗拉强度， σx为轴向应力， τxy为剪切应力； 步骤(5)： 基于步骤(2)、 (3)、 (4)计算得到的参数， 计算多轴热机 械疲劳寿命Nf： 其中， Δγmax是临界面上最大剪切应变范围， 是临界面上最大剪切应变折返点间法 向应变变 程， 是临界面上的法向平均应力， E是杨氏模量， σ'f是疲劳强度系数， b是疲劳 强 度指数， ε'f是疲劳塑性系数， c是疲劳塑性指数， <  >是Macaulay括号， 表达式为<x>＝max {0,x}， 括 号中正值等于其本身， 负值 等于0。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115510628 A 2考虑多轴热机械疲劳损伤机 理的寿命评估方 法 技术领域 [0001]本发明属于多轴热机械疲劳强度领域， 尤其涉及 一种考虑多轴热机械疲劳损伤机 理的寿命评估方法。 背景技术 [0002]航空发动机的主要部件在使用过程中经常承受热载荷和机械载荷的联合作用， 其 中机械载荷通常包括多个方向的载荷， 从而在上述部件的关键危险位置产生多轴热机械疲 劳。 多轴载荷将使热机械循环变形行为和疲劳损伤机制比单轴 载荷下更复杂， 因此多轴 热 机械疲劳已成为高温下工程部件失效寿命的重要限制因素。 为了评估这些高温部件的结构 完整性， 开发多轴热机 械载荷下的稳健寿命预测方法是非常必要和关键的。 [0003]最近， 我们的最新工作系统地研究了TC4钛合金在多轴热机械载荷下的疲劳行为， 并总结了五种可以合理解释寿命规律的主要损伤机制。 机理1是损伤的温度依赖性， 即高温 引起的损伤随温度升高而增加。 机理2是损伤的时间依赖性， 即更长的循环周期和停留时间 的引入将增加氧化损伤。 机制 3是拉伸平均应力的作用， 对于存在拉伸 平均应力的情况， 较 大的拉伸峰值应力可以通过增加裂纹扩展速率来增加 疲劳损伤， 并且氧化损伤也会增加， 因为更多的氧通过表面裂纹进入 金属。 机制4是非比例附加硬化的影响， 这会导致更大的等 效应力振幅响应， 并进一步增加疲劳和氧化损伤。 机制5是材料的快速开裂， 由高温、 拉伸应 力和剪切应力的联合作用激活， 从而导致 失效寿命显著缩短。 为了合理预测TC4钛合金在 多 轴热机械载荷下的疲劳寿命， 在构建损伤模型时有必要考虑上述损伤机制。 发明内容 [0004]本发明目的在于针对多轴热机械疲劳强度设计的需求， 提出了一种考虑多轴热机 械疲劳损伤机理的寿命评估方法。 本发明利用等效温度抓住了多轴热机械疲劳载荷历程中 温度载荷的特征信息， 并且提供了基于双曲正切 函数的温度依赖性影响因子计算模型， 考 虑了温度对损伤的影响。 利用时间依赖性影响因子考虑了更长的循环周期以及保载时间的 引入对失效寿命的影 响。 采用Shang ‑Wang多轴损伤模 型考虑了非比例附加硬化对疲劳和氧 化损伤的影响。 通过快速开裂影响因子考虑了由高温、 拉伸应力和剪切应力综合作用引起 的材料快速开裂对失效寿命的影响。 利用带和 不带保载时间单轴等温疲劳试验、 单轴和多 轴热机械疲劳试验的失效寿命结果对提出的方法进 行了验证， 预测误差在2 倍因子以内， 本 方法应用于实际高温结构的失效寿命预测。 [0005]本发明采用的技术方案为一种考虑多轴热机械疲劳损伤机理的寿命评估方法， 本 方法的实现步骤如下： [0006]步骤(1)： 计算多轴热机 械疲劳载荷历程中温度载荷的等效温度Te： [0007] 说　明　书 1/9 页 3 CN 115510628 A 3