恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置制造方法及圖紙

一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置，該方法包括：估算機械結(jié)構(gòu)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(shè)定可靠度下的可靠度等級因數(shù)模型，基于該模型得到可靠度等級因數(shù)；建立一設(shè)定置信度下的置信度等級因數(shù)模型，基于該模型得到置信度等級因數(shù)；計算機械結(jié)構(gòu)設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值；計算在設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值；計算機械結(jié)構(gòu)在設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命值并評估機械結(jié)構(gòu)在恒幅加載下的疲勞壽命可靠度；假定變幅加載為多級橫幅加載的集合，并基于一等效可靠度模型將各級橫幅加載下預(yù)期服役循環(huán)次數(shù)進行等效，計算機械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度。

Fatigue life reliability evaluation method and device for mechanical structure under constant amplitude loading

The mechanical structure of the fatigue life of a constant variable amplitude loading reliability evaluation method and device, the method includes: the scale parameter and shape parameter estimation of fatigue life of the mechanical structure of the minimum life parameters, establish a set of reliability level; factor model of reliability, the model reliability level based on a level set factor; factor model confidence confidence level, the model confidence level based on factor calculation; set reliability and fatigue life of the feature set confidence values of the mechanical structure; setting calculation in reliability and confidence set mechanical strength characteristics of reference value; fatigue life calculation of mechanical structure in the setting of confidence conditions the value and evaluation in mechanical structure under constant amplitude loading fatigue life reliability; assumption set multi-level variable amplitude loading and loading banners, base In an equivalent reliability model, the expected number of service cycles at different levels of loading is equivalent, and the fatigue life reliability of the mechanical structure under variable amplitude loading is calculated.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置
本專利技術(shù)涉及機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估技術(shù)，特別涉及一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置。
技術(shù)介紹
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們要求機械設(shè)備高速化、輕量化、重載化以及高強度化的同時，也越來越重視機械結(jié)構(gòu)的壽命可靠度和置信度。機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度高、置信度高，意味著其無故障工作至預(yù)期壽命的可能性越大，產(chǎn)品的市場競爭力越高。傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度評估方法通過假定結(jié)構(gòu)的疲勞壽命服從正態(tài)分布，然后根據(jù)繪制的概率-應(yīng)力-壽命曲線來判斷機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度，但對機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的高置信度要求難以滿足。另外，這種傳統(tǒng)方法采用的應(yīng)力-壽命關(guān)系模型只能適應(yīng)于104-106循環(huán)周次的壽命區(qū)間，無法滿足當(dāng)今工業(yè)對機械結(jié)構(gòu)的高服役壽命要求。并且這種傳統(tǒng)方法只能對橫幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行可靠度評估，無法評估變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度，而機械結(jié)構(gòu)在真實工況下承受的應(yīng)力幅值大多是變化的。此外，這種傳統(tǒng)方法在進行評估的時候沒有考慮平均應(yīng)力和疲勞極限對于疲勞壽命可靠度的影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置，以對機械結(jié)構(gòu)在橫幅加載下或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進行可靠度評估，以便對機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和改進。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)實施例提供了一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法，包括：根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機械結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值；基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值；如果機械結(jié)構(gòu)的Smax-r和機械結(jié)構(gòu)所處的工況(即Sa和Sm)是已知的，那么機械結(jié)構(gòu)在設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下的特征壽命值ND/C便可被確定。利用所述強度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命的計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命nt，計算機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該nt值的概率即機械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的可靠度D；假定機械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)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(yīng)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(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度Dk，i≤k。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)實施例提供了一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估裝置，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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)在所述設(shè)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(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值；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(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命的計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命nt，計算機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該nt值的概率即機械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下的可靠度D；等效單元，用于假定機械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅應(yīng)力的集合，根據(jù)所述設(shè)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(yīng)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(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度Dk，i≤k。本專利技術(shù)可以滿足對機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮了平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，同時，本專利技術(shù)還引入更符合疲勞失效實際的三參數(shù)威布爾分布和適應(yīng)于全壽命區(qū)間的三參數(shù)應(yīng)力-壽命關(guān)系模型，可對機械結(jié)構(gòu)在橫幅加載下或變幅加載下的任意壽命區(qū)間進行可靠度評估，對于機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和改進有著重要意義。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)實施例的機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法流程圖；圖2為本專利技術(shù)實施例的等壽命曲線圖；圖3為本專利技術(shù)實施例的疲勞壽命可靠度評估裝置的結(jié)構(gòu)框圖一；圖4為本專利技術(shù)實施例的疲勞壽命可靠度評估裝置的結(jié)構(gòu)框圖二；圖5為本專利技術(shù)實施例的強度參考值生成單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖6為本專利技術(shù)實施例的疲勞壽命可靠度生成單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖7為本專利技術(shù)實施例的等效單元的結(jié)構(gòu)框圖。具體實施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，亟需一種滿足對機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命可靠度的高置信度要求，并考慮平均應(yīng)力和疲勞極限的影響，可對橫幅加載下或變幅加載下機械結(jié)構(gòu)的任意壽命區(qū)間進行可靠度評估的方法，基于此本專利技術(shù)提供了一種機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命可靠度評估方法及裝置。圖1為本專利技術(shù)實施例的恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)疲勞壽命的疲勞壽命可靠度評估方法流程圖，如圖1所示，該疲勞壽命可靠度評估方法包括如下步驟：S101：根據(jù)三參數(shù)威布爾分布函數(shù)估算機械結(jié)構(gòu)的最小壽命參數(shù)、尺度參數(shù)及形狀參數(shù)。首先，需要假設(shè)機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命服從三參數(shù)威布爾分布，三參數(shù)威布爾分布函數(shù)F(N)可以表示為：公式(1)中，N是疲勞壽命，N0是最小壽命參數(shù)，Na是尺度參數(shù)，α是形狀參數(shù)。根據(jù)所要評估的機械結(jié)構(gòu)的預(yù)期壽命，選取與其疲勞壽命數(shù)量級最為接近的應(yīng)力級水平下的疲勞試驗數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)方法如常規(guī)最大似然法，可估算得到N0、Na和α的值。S102：建立一設(shè)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)。基于形狀參數(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值；基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力?壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值；利用所述強度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種恒變幅加載下機械結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度下的特征疲勞壽命值；基于細(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值；利用所述強度參考值、所述設(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命nt，計算機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該nt值的概率即機械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下可靠度D；假定機械結(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)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(yīng)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(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度Dk，i≤k。2.根據(jù)權(quán)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：其中，F(xiàn)D為可靠度等級因數(shù)，D為所述設(shè)定可靠度，α為所述形狀參數(shù)；在建立一設(shè)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(jié)構(gòu)的疲勞壽命和所述最小壽命參數(shù)之間的差值在設(shè)定區(qū)間[X，+∞]的概率P與所述設(shè)定置信度的關(guān)系：P{N-N0≥X}＝C其中，X為單側(cè)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(shè)定置信度；所述置信度等級因數(shù)模型為：其中，F(xiàn)C為置信度等級因數(shù)，Na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：其中，ND/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)，Na為尺度參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)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(xì)節(jié)疲勞額定值法，并引入三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型擴展評估壽命范圍，得到在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下機械結(jié)構(gòu)的強度參考值，包括：在所述設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下確定特征疲勞壽命值的三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型：基于所述三參數(shù)應(yīng)力-壽命曲線模型及應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力的關(guān)系建立特征疲勞壽命值ND/C與強度參考值Smax-r之間的關(guān)系模型，得到所述強度參考值；所述關(guān)系模型如下：其中，Sa為應(yīng)力幅值，Nr為參考疲勞壽命值，Rr為參考應(yīng)力比值，Sm為平均應(yīng)力，S0是材料的疲勞極限，B是曲線斜率相關(guān)常數(shù)，σb為材料的抗拉強度，Sa-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(yīng)的應(yīng)力幅值下的特征疲勞壽命所對應(yīng)的應(yīng)力幅值。4.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)的Smax-r和機械結(jié)構(gòu)所處的工況是已知的，那么機械結(jié)構(gòu)在設(shè)定可靠度及設(shè)定置信度條件下的特征壽命值ND/C便可被確定，利用所述強度參考值及設(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命，根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命nt，計算機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該nt值的概率即機械結(jié)構(gòu)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(shè)定可靠度及設(shè)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(guān)系，計算所述機械結(jié)構(gòu)在所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命NC：根據(jù)所述設(shè)定置信度條件下的特征疲勞壽命計算及機械結(jié)構(gòu)在一恒幅加載下的預(yù)計服役壽命nt，計算機械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命超過該nt值的概率即機械結(jié)構(gòu)在該恒幅加載下可靠度D：5.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)承受的變幅加載為k級不同應(yīng)力幅值和循環(huán)次數(shù)的恒幅加載的集合，根據(jù)所述設(shè)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(yīng)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(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效，計算所述機械結(jié)構(gòu)在變幅加載下的疲勞壽命可靠度Dk，包括：根據(jù)特征疲勞壽命值NC的計算公式及下述特征疲勞壽命模型計算第i級恒幅應(yīng)力下的特征疲勞壽命NC,i：根據(jù)下述等效可靠度模型，將各級應(yīng)力幅值下預(yù)期承受的循環(huán)次數(shù)進行等效：其中，ni,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)，Di為機械結(jié)構(gòu)完成前i級加載的預(yù)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(dāng)前級的預(yù)計循環(huán)次數(shù)加上等效循環(huán)次數(shù)，評估機械結(jié)構(gòu)完成所述變幅加載的可靠度變?yōu)樵u估機械結(jié)構(gòu)完成變幅應(yīng)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(jié)構(gòu)完成所述變幅加載的可靠度：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李偉，劉鵬飛，鄧海龍，趙虹橋，
申請(專利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11