一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽命預估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽命預估方法。該方法首先在損傷力學模型中選擇一種損傷演化方程建立結構包含損傷信息的有限元分析列式，查詢疲勞試驗手冊擬合得到損傷演化方程中的參數；然后結合損傷力學有限元法與區(qū)間有限元法，將初始損傷度與損傷參數看作區(qū)間不確定變量以表征疲勞壽命分散性；進一步建立結構的有限元分析模型，給定初始臨界單元損傷度增量，不斷迭代增加所有單元的損傷度，通過各個單元損傷度的大小判定單元破壞并重新賦予強度與剛度屬性；最后當裂紋擴展達到臨界裂紋長度后判定結構破壞，由損傷演化方程變式與區(qū)間頂點傳播分析方法計算得出疲勞壽命范圍。本發(fā)明更加精細化的預估了疲勞裂紋壽命。
【專利說明】
一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及疲勞斷裂和損傷力學領域，特別涉及考慮不確定性作用下裂紋擴展尺 度對結構安全性能的定量表征以及基于損傷力學有限元與非概率區(qū)間有限元結合下的疲 勞裂紋全壽命精細化分析。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，結構的設計思想已經發(fā)生經歷了靜強度、動強度、疲勞強度和斷 裂強度的演變。自損傷力學產生以來，用損傷力學方法研究疲勞裂紋問題成為一種新的趨 勢。損傷力學是一門較系統(tǒng)的研究微缺陷以及這些缺陷對應力和應變狀態(tài)影響的科學，是 固體力學研究領域的一門新興學科，其理論基礎是固體力學和不可逆過程的熱力學。這兩 個理論能夠成功地用來解釋材料性能，而無需詳細討論材料物理微結構的復雜性。預測構 件疲勞損傷壽命的損傷力學計算方法從本質上分析疲勞裂紋的形成和擴展，發(fā)展和完善了 疲勞斷裂理論，在實際工程中應用很方便。
[0003] 然而，構件或者材料的疲勞裂紋擴展行為研究涉及了力學、材料、機械設計與加工 工藝等諸多學科，影響疲勞裂紋擴展的因素也非常之多，包括裂紋的幾何形態(tài)、初始裂紋長 度、材料特性、裂紋擴展規(guī)律、擴展方向、構件的幾何尺寸和載荷歷程等。由于初始參數的分 散性，應用數值方法預估疲勞裂紋擴展壽命的結果必然會有誤差。建立一個包含上述各影 響因素的疲勞裂紋分析模型，并且準確預測疲勞裂紋全壽命是一件困難的事情。工程結構 的服役環(huán)境相對復雜，制造加工工藝及材料非均質性所造成的初始缺陷和損傷不可避免， 并在未來長期服役過程中于結構內部不斷發(fā)展、蔓延、傳播，嚴重影響著結構的力學行為及 使用安全。綜合上述情況，為分析數值方法預測的精度，就很有必要精細化研究預測裂紋的 全壽命。
[0004] 當前，隨機建模及數值方法在不確定性分析領域發(fā)揮了重要作用，但用隨機理論 求解問題時，事先需要知道大量的試驗信息確定模型輸入參數的概率分布規(guī)律。在實際工 程中，獲取充足的試驗數據往往代價昂貴。如此一來，信息的缺乏使得概率模型不能真實的 描述客觀實際，這在一定程度上限制了隨機模型的應用。
[0005] 因此，使用非概率區(qū)間分析方法來表征參數的不確定信息，基于初始參數的不確 定性，研究不確定性傳播問題導致預測裂紋全壽命的影響程度，精細化裂紋全壽命預估方 法具有顯著的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于損傷力學非概 率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽命預估方法。本發(fā)明充分考慮實際工程問題中普遍存 在的不確定性因素，以提出的非概率區(qū)間頂點方法分析不確定性傳播問題，所得到的裂紋 全壽命范圍符合真實情況，工程適用性更強。
[0007] 本發(fā)明采用的技術方案為:一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂 紋全壽命預估方法，實現(xiàn)步驟如下：
[0008] 第一步:根據金屬材料類別與構件所承受載荷形式選擇一種損傷演化模型，單軸 加載條件下?lián)p傷演化方程可表示為：
[0010] 其中，D代表在0與1之間變化的單元標量損傷度，N代表應力循環(huán)次數即單元壽命， β、α和P代表材料的損傷力學參數，可由材料的疲勞性能曲線確定，E代表材料彈性模量，R代 表循環(huán)載荷的應力比，OMe代表材料受到最大載荷時單元對應的等效應力，〇 thQ為無初始損傷 情況對應的應力門檻值；
[0011] 第二步:將損傷演化方程親合傳統(tǒng)有限元方法，得到給定損傷場時結構應力分析 的損傷力學有限元分析列式：
[0013] 其中，[Ae]為位移協(xié)調矩陣，[Ke]為單元剛度矩陣，De為單元損傷度，{δ}為總體位 移列陣，{f}為載荷列向量；
[0014] 第三步:獲取標準疲勞試驗件的中值疲勞壽命數據擬合損傷演化方程中的損傷參 量，將損傷演化方程在〇到1上積分，對應一個單元破壞則是標準的S-N曲線的壽命值，然后 用最小二乘法擬合β、α和p;
[0015]第四步:利用區(qū)間向量代一=(八〇，0，？，€〇合理表征貧信息、少數據條件下的結 構不確定性，這里AD代表臨界單元的損傷度增量，于是有：
[0016] χυ = (Δ?υ, βυ, ρυ, αυ) = (Δ?°+Δ?Γ, β°+βΓ, pc+pr, ac+ar)
[0017] xL = (ADL, , pL, aL) = (ADc-ADr, β°-βΓ, pc-pr, ac-ar)
[0018] 其中，損傷力學參數β、α和ρ分別表示為區(qū)間變量，上標U代表參量的取值上界，上 標L代表參量的取值下界，上標c代表中心值，上標r代表半徑；
[0019] 第五步:建立有限元模型，施加邊界條件，先計算初始損傷場均為零，即無損傷情 況下的應力場，利用二次開發(fā)編寫程序提取各個單元等效應力存儲于數組；
[0020] 第六步:分析上一步提取得到的單元應力數組，由相對損傷度的最大值判斷選擇 臨界單元，表示如下：
[0023]第七步：引入區(qū)間傳播分析的頂點法，選擇不確定參數的頂點上下限進行非概率 不確定性傳播分析，頂點法可表示為：
[0025] 其中，Ur"U16代表不確定參數組合取值形式，^4，三，￡分別代表輸入參數的下 限，巧.萬，?，S分別代表輸入參數的上限；
[0026] 第八步:給定臨界單元損傷度增量AD，由損傷演化方程與臨界損傷度增量計算所 有單元的損傷度增量，將與前一步損傷場疊加得到的單元損傷場施加于有限元模型中進行 帶有損傷的應力分析，再提取單元等效應力存儲于數組，并不斷重復第六步直到判斷臨界 單元的損傷度到1時即認為該單元破壞，并提取破壞單元長度與單元破壞壽命，長度即單元 邊長，任一單元損傷度增量與壽命增量可表示為：
[0029] 其中，AD(x)代表任一單元的損傷度增量，AD(ei)代表臨界單元的損傷度增量，D (X)代表任一單元的損傷度，D(ei)代表臨界單元的損傷度，〇[fe(ei)與 0[fe(X)分別代表臨界單 元與任一單元的等效應力，0th0代表裂紋擴展門檻值，ΛΝ代表臨界單元壽命增量，AD為臨 界單元的損傷度增量，E為彈性模量，α、β與p為損傷參量；
[0030] 第九步:結合損傷力學有限元與區(qū)間頂點傳播分析方法，將每一步迭代破壞單元 的彈性模量將為極小值，并計算破壞單元的總長度 ai與材料的臨界裂紋擴展長度a。比較判 斷結構破壞，當ai < a。即停止計算輸出壽命的上下限與^。
[0031] 其中，所述第一步中損傷演化方程的選擇取決于結構幾何、材料、載荷形式等輸入 參數的共同作用。
[0032] 其中，所述第三步中通過查詢疲勞試驗手冊獲取標準疲勞試驗件的中值疲勞壽命 數據擬合損傷演化方程中的損傷參量，所述第三步中的損傷參數的擬合所需要的標準疲勞 試驗手冊中值疲勞數據與構件真實載荷情況的應力比或者平均應力應該相同，對于手冊中 沒有相同應力比應該通過應力幅與平均應力曲線進行等效轉化，擬合數據時通過損傷演化 方程與標準S-N曲線方程按最小二乘法擬合。
[0033]其中，所述第四步中區(qū)間不確定性參數向量X可以表示為：
[0034] x= [xL,xu] = [xc-xr,xc+xr]
[0035] =xc+xr[-l,l]
[0036] =xc+xrXe
[0037] 其中，，\(&〇。，擴，？。，€〇，￥=(&〇1:，01:，？1:，€〇,6￡日 4，日4定義為所有元素包含在 [_1，1]內的4維向量集合，符號"X"定義為兩個向量各對應元素相乘的算子，乘積仍為維數 為4的向量。
[0038] 其中，所述第五步中進行無損傷情況下的應力場分析，應該將所有單元的初始損 傷度均設置為零，并將計算得到的單元Vonmises應力作為單元在外載荷下的最大等效應 力。
[0039] 其中，所述第五步中引入區(qū)間傳播分析的頂點法，選擇不確定參數的頂點上下限 進行非概率不確定性傳播分析，在引入頂點法進行傳播分析時必須保證所研究的問題是單 調的，針對裂紋萌生與擴展的全壽命分析隨著迭代次數的增加損傷度和壽命均是單調遞增 的所以滿足條件。
[0040] 其中，所述第九步中臨界裂紋擴展長度a。為材料斷裂韌性所決定的長度，是一個 可查手冊得到的確定值。
[0041] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0042] (1)、本發(fā)明提供了裂紋擴展全壽命預估新思路，彌補和完善了傳統(tǒng)分析方法的局 限性。
[0043] (2)、本發(fā)明在進行預測過程中合理表征了初始損傷度與損傷演化方程材質參量 的不確定性對金屬材料疲勞裂紋全壽命的綜合影響，并結合損傷力學有限元與區(qū)間有限元 法得到了裂紋全壽命的區(qū)間范圍，更加精細化的預估了疲勞裂紋壽命。
[0044] (3)、本發(fā)明使用的非概率區(qū)間頂點分析方法可以針對所有的損傷演化模型，相對 于需要明確表達式傳統(tǒng)的概率方法更為便捷。
[0045] (4)、本發(fā)明可對工程中關鍵結構件的疲勞裂紋全壽命進行預估，進一步可建立非 概率可靠性模型，以此為基礎建立優(yōu)化方法指導結構設計可節(jié)約工程結構設計與試驗成 本。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發(fā)明針對金屬疲勞裂紋全壽命預估方法流程圖；
[0047] 圖2是本發(fā)明針對損傷演化方程各參量擬合示意各參量擬合示意圖；
[0048] 圖3是本發(fā)明標準試驗模型尺寸示意圖；
[0049] 圖4是本發(fā)明有限元網格與載荷約束示意圖；
[0050] 圖5是本發(fā)明計算的裂紋擴展局部放大示意圖；
[0051] 圖6是本發(fā)明針對LY12CZ板結構裂紋全壽命的上下范圍與中心值示意圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發(fā)明。
[0053]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂 紋全壽命預估方法，包括以下步驟：
[0054] (1)根據金屬材料類別與構件所承受載荷形式選擇一種損傷演化模型，針對經典 的二維平板單軸加載條件下?lián)p傷演化方程可表示為：
[0056]其中，D代表在0與1之間變化的單元標量損傷度，N代表應力循環(huán)次數即單元壽命， β、α和P代表材料的損傷力學參數，可由材料的疲勞性能曲線確定，E代表材料彈性模量，R代 表循環(huán)載荷的應力比，OMe代表材料受到最大載荷時單元對應的等效應力，〇thQ為無初始損傷 情況對應的應力門檻值。
[0057]對于不同的構件與載荷形式，損傷力學模型還有其他的形式可供選用，比如：
[0061] 其中，α、η、β、πι為損傷參數，〇a代表應力幅，〇m代表平均應力。本文選用單軸加載的 損傷演化方程進行實施例說明，對其他形式的演化方程本方法以下步驟依然適用不再詳細 說明。
[0062] (2)將損傷演化方程耦合傳統(tǒng)有限元方法，得到給定損傷場時結構響應分析的損 傷力學有限元分析列式：
[0064] 其中，[Ae]為位移協(xié)調矩陣，[Ke]為單元剛度矩陣，De為單元損傷度，{δ}為總體位 移列陣，{f}為載荷列向量；
[0065] 有限元分析結構含損傷的響應時，需要使用耦合損傷度的損傷力學有限元方程， 由上式可以看出，在已知單元的損傷度時，對于結構的位移響應分析只需要將單元剛度矩 陣進行按損傷度折減后在進行常規(guī)有限元計算即可得到位移應力與應變，因此在有限元軟 件中通過每一步計算損傷度后給單元重新賦予折減后的剛度很容易實現(xiàn)；
[0066] (3)查詢疲勞試驗手冊獲取標準疲勞試驗件的中值疲勞壽命數據擬合損傷演化方 程中的損傷參量，將損傷演化方程在〇到1上積分，對應一個單元破壞則是標準的S-N曲線的 壽命值，然后用最小二乘法擬合β、α和p，整個擬和參數的詳細流程如圖2所示；
[0067]首先，通過試驗和理論中值疲勞曲線確定參數ρ值與1(?值。理論中值疲勞曲線可采 用下式來表示：
[0071] othm=oth〇(l-D〇m)°- 5+i!
[0072] 式中，ρ、β為損傷參數，〇max為外載荷最大應力，Nfm為理論疲勞壽命，otho為無初始損 傷情況對應的應力門檻值，為中值疲勞曲線對應的應力門檻值，D〇 m為中值疲勞曲線對應 的初始損傷大小。
[0073]將理論中值疲勞曲線兩邊取對數寫成如下形式
[0075]令
[0077] 式中1噸呢^與〖〇§，；；("分別為試驗和理論的中值疲勞壽命。
[0078] 假定參數p為一個確定的常數，logKm視為可調節(jié)的變量，則隨著p值的不同，擬合 所得到l〇gKm的值：
[0081] 將上式代入的表達式中即可得到擬合誤差
[0083]以擬合誤差料/;)最小為優(yōu)化目標，即可得到使誤差最小的p值。確定了 p值即可得 到對應的IU直。
[0084]然后，根據疲勞試驗數據中距中值疲勞曲線的最遠點和無初始損傷的理想疲勞曲 線來確定參數D〇m、Ko、〇thQ、α值。無初始損傷(g卩Do = 0)的理想疲勞曲線，其表達式為：
[0088]試驗數據中距離中值疲勞曲線的最遠點為(σΙ,,Λ^)，并假定此點對應于D〇 = 0， 將此試驗點數據代入理想疲勞曲線，并且將式中的Ko與〇thm都用D〇m表示有：
[0092]根據上式即可得到在給定調節(jié)參數β下可確定參數D〇m。再將D〇m代入下面兩式即可 確定Κο與〇thQ的值：
[0095]再由下式即可得到損傷演化參量α:
[0097] 至此即確定了參數 p、Km、D〇m、K()、〇th()、c^;
[0098] (4)利用區(qū)間向量1^11 =(八〇，0，？，€〇合理表征貧信息、少數據條件下的結構不 確定性，這里AD代表臨界單元的損傷度增量，于是有：
[0099] χυ = (Δ?υ, βυ, ρυ, αυ) = (Δ?°+Δ?Γ, β°+βΓ, pc+pr, ac+ar)
[0100] xL = (ADL, , pL, aL) = (ADc-ADr, β°-βΓ, pc-pr, ac-ar)
[0101] 其中，損傷力學參數β、α和p分別表示為區(qū)間變量，上標u代表參量的取值上界，上 標L代表參量的取值下界，上標c代表中心值，上標r代表半徑；
[0102] (5)建立有限元模型，施加邊界條件，先計算初始損傷場均為零，即無損傷情況下 的應力場，利用二次開發(fā)編寫程序提取各個單元等效應力存儲于數組；
[0103] (6)分析上一步提取得到的單元應力數組，由相對損傷度的最大值判斷選擇臨界 單元，表示如下：
[0106] (7)引入區(qū)間傳播分析的頂點法，選擇不確定參數的頂點上下限進行非概率不確 定性傳播分析，頂點法可表示為：
[0108] 其中，Ur"u16代表不確定參數組合取值形式，^#4，￡分別代表輸入參數的下 限，X萬，萬，L孓分別代表輸入參數的上限。
[0109] (8)給定臨界單元損傷度增量AD，由損傷演化方程與臨界損傷度增量計算所有單 元的損傷度增量，將與前一步損傷場疊加得到的單元損傷場施加于有限元模型中進行帶有 損傷的應力分析，再提取單元等效應力存儲于數組，并不斷重復第六步直到判斷臨界單元 的損傷度到1時即認為該單元破壞，并提取破壞單元長度與單元破壞壽命，長度即單元邊 長，任一單元損傷度增量與壽命增量可表示為：
[0112]其中，△ D(x)代表任一單元的損傷度增量，△ D(ei)代表臨界單元的損傷度增量，D (X)代表任一單元的損傷度，D(ei)代表臨界單元的損傷度，〇[fe(ei)與 0[fe(X)分別代表臨界單 元與任一單元的等效應力，0thQ代表裂紋擴展門檻值，ΔΝ代表臨界單元壽命增量，AD為臨 界單元的損傷度增量，E為彈性模量，α、β與p為損傷參量；
[0113] (9)結合損傷力學有限元與區(qū)間頂點傳播分析方法，將每一步迭代破壞單元的彈 性模量將為極小值，并計算破壞單元的總長度ai與材料的臨界裂紋擴展長度a。比較判斷結 構破壞，當ai$a。即停止計算輸出壽命的上下限及與&
[0114] a。的計算由疲勞手冊查詢標準試驗件材料的斷裂韌性，由結構尺寸反推出。一般 情況下，應力強度因子可以表示為：
[0116] 針對不同的結構形式，f有不同的數值，有時可能為a的函數。
[0117] 實施例：
[0118] 為了更充分的說明該發(fā)明的特點，本發(fā)明針對圖3所示的標準試驗件模型進行基 于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽命預估。該矩形板材料為LY12CZ鋁合 金，長、寬、中心圓孔直徑分別為210臟、100111111、10111111，載荷為1501^拉應力。有限元網格劃分 如圖4所示，其中上端固支下端壓強150MPa。按照上訴步驟3的內容，應用疲勞S-N曲線的數 據擬合損傷參數與不確定信息如下表1所示。
[0119] 表1
[0120]

[0121 ] 查詢標準疲勞實驗手冊有厚度為2mm對應的標準件斷裂韌性力丨20,4//?^，并可 知應力強度因子按 汁算，其中
。由此可解出臨界裂紋長度ac = 20.298mm〇
[0122] 該實施例采用了上述方法對含4個參數不確定性信息的板結構的裂紋全壽命進行 預估，圖5展示了裂紋擴展的局部細節(jié)圖，裂紋長度的計算通過已返回損傷單元的絕對坐標 值得到，通過圖6可以看出不確定性的傳播對于結構的裂紋壽命的影響范圍。綜上所述，本 發(fā)明先由材料的疲勞性能曲線擬合損傷演化方程參數，結合板結構幾何材料具體信息建立 有限元分析模型；最后利用區(qū)間過程表征參數的不確定信息，引入區(qū)間頂點不確定性傳播 分析得出了裂紋全壽命的區(qū)間范圍，合理度量不確定性對結構的影響程度，更加精細化傳 統(tǒng)損傷力學有限元法。
[0123] 以上僅是本發(fā)明的具體步驟，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制；其可擴展應 用于不確定性損傷力學預測結構壽命領域，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方 案，均落在本發(fā)明權利保護范圍之內。
[0124] 本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1. 一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽命預估方法，其特征在 于實現(xiàn)步驟如下： 第一步:根據金屬材料類別與構件所承受載荷形式選擇一種損傷演化模型，單軸加載 條件下?lián)p傷演化方程可表示為：其中，D代表在0與1之間變化的單元標量損傷度，N代表應力循環(huán)次數即單元壽命，β、α 和Ρ代表材料的損傷力學參數，可由材料的疲勞性能曲線確定，Ε代表材料彈性模量，R代表 循環(huán)載荷的應力比，〇Me代表材料受到最大載荷時單元對應的等效應力，〇thO為無初始損傷情 況對應的應加檻值； 第二步:將損傷演化方程禪合傳統(tǒng)有限元方法，得到給定損傷場時結構應力分析的損 傷力學有限元分析列式：其中，[Ae]為位移協(xié)調矩陣，[Ke]為單元剛度矩陣，De為單元損傷度，{δ}為總體位移列 陣，{f}為載荷列向量； 第Ξ步:獲取標準疲勞試驗件的中值疲勞壽命數據擬合損傷演化方程中的損傷參量， 將損傷演化方程在0到1上積分，對應一個單元破壞則是標準的S-N曲線的壽命值，然后用最 小二乘法擬合β、α和P; 第四步:利用區(qū)間向量xeχI=(ΔD，β，p，α)合理表征貧信息、少數據條件下的結構不確 定性，運里Δ D代表臨界單元的損傷度增量，于是有：其中，損傷力學參數0、α和Ρ分別表示為區(qū)間變量，上標U代表參量的取值上界，上標L代 表參量的取值下界，上標C代表中屯、值，上標r代表半徑； 第五步:建立有限元模型，施加邊界條件，先計算初始損傷場均為零，即無損傷情況下 的應力場，利用二次開發(fā)編寫程序提取各個單元等效應力存儲于數組； 第六步:分析上一步提取得到的單元應力數組，由相對損傷度的最大值判斷選擇臨界 單元，表示如下：1 ?-v N 其中，^表示單元的絕對損傷演化率； KdN ), 第屯步：引入區(qū)間傳播分析的頂點法，選擇不確定參數的頂點上下限進行非概率不確 定性傳播分析，頂點法可表示為：其中，Ur-Ui6代表不確定參數組合取值形式，晝，竺，￡分別代表輸入參數的下限， 立衣，《.云分別代表輸入參數的上限； 第八步:給定臨界單元損傷度增量A D，由損傷演化方程與臨界損傷度增量計算所有單 元的損傷度增量，將與前一步損傷場疊加得到的單元損傷場施加于有限元模型中進行帶有 損傷的應力分析，再提取單元等效應力存儲于數組，并不斷重復第六步直到判斷臨界單元 的損傷度到1時即認為該單元破壞，并提取破壞單元長度與單元破壞壽命； 第九步：結合損傷力學有限元與區(qū)間頂點傳播分析方法，將每一步迭代破壞單元的彈 性模量將為極小值，并計算破壞單元的總長度曰1與材料的臨界裂紋擴展長度ac比較判斷結 構破壞，當ai《a。即停止計算輸出壽命的上下限W與蘭。2. 根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第一步中損傷演化方程的選擇取決于結構幾何、材料、載荷 形式等輸入參數的共同作用。3. 根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第Ξ步中通過查詢疲勞試驗手冊獲取標準疲勞試驗件的中 值疲勞壽命數據擬合損傷演化方程中的損傷參量，所述第Ξ步中的損傷參數的擬合所需要 的標準疲勞試驗手冊中值疲勞數據與構件真實載荷情況的應力比或者平均應力應該相同， 對于手冊中沒有相同應力比應該通過應力幅與平均應力曲線進行等效轉化，擬合數據時通 過損傷演化方程與標準S-N曲線方程按最小二乘法擬合。4. 根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第四步中區(qū)間不確定性參數向量X可W表示為：其中，χΕ=( Ar，護，口。，滬），義'二（么護，護古，刊，6巧4，己4定義為所有元素包含在[-1， 1]內的4維向量集合，符號"X"定義為兩個向量各對應元素相乘的算子，乘積仍為維數為4 的向量。5. 根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第五步中進行無損傷情況下的應力場分析，應該將所有單元 的初始損傷度均設置為零，并將計算得到的單元Vonmises應力作為單元在外載荷下的最大 等效應力。6. 根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第五步中引入區(qū)間傳播分析的頂點法，選擇不確定參數的頂 點上下限進行非概率不確定性傳播分析，在引入頂點法進行傳播分析時必須保證所研究的 問題是單調的，針對裂紋萌生與擴展的全壽命分析隨著迭代次數的增加損傷度和壽命均是 單調遞增的所W滿足條件。7.根據權利要求1所述的一種基于損傷力學非概率區(qū)間分析模型的金屬疲勞裂紋全壽 命預估方法，其特征在于:所述第九步中臨界裂紋擴展長度a。為材料斷裂初性所決定的長 度，是一個可查手冊得到的確定值。
【文檔編號】G06F17/50GK106096073SQ201610344017
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】邱志平, 蘇歡, 王磊, 王曉軍, 孫佳麗
【申請人】北京航空航天大學