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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种谱载荷下考虑磨损影响的微动疲劳寿命预测方法，本发明以非线性连续累积损伤理论模型考虑谱载荷下的微动疲劳的非线性累积损伤过程；以基于能量法的Archard微动磨损模型判断材料是否被磨损；以在出现一个点的疲劳损伤达到破坏点时让循环继续下去直至出现和试验相同长度的裂纹这个方案来解决一个点的疲劳损伤无法判定整个构件寿命这个问题。本发明可以对谱载荷下的微动疲劳寿命、疲劳裂纹萌生和早期扩展进行有效预测，具有重要工程意义；同时为谱载荷下微动疲劳寿命预测方法建立良好的理论基础，对于实际构件的微动疲劳寿命预测可以提供有力的技术支持，具有重要的理论意义。

主权项：1.一种谱载荷下考虑磨损影响的微动疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1定义各个单元损伤参量D，并假设初始损伤参量D为0，表示初始未损伤状态；2在ANSYS软件中建立Chaboche弹塑性各向同性损伤本构模型，表征损伤参量D和应力应变的关系；3根据Chaboche非线性连续累积损伤模型和与塑性应变增量相关的非线性连续累积损伤模型计算损伤增量；4利用Archard磨损模型进行表面磨损量的预测，基于能量耗散将接触表面接触力学所计算的结果和磨损量进行关联；5根据步骤3和步骤4获得的单元损伤情况和表面磨损情况，随着载荷循环数的增加，当某一单元处于磨损区域中时，认为该单元磨损，将其单元刚度折减使其基本不传力但又能保证计算收敛，而该单元则不再参与疲劳损伤的计算；随着载荷循环数的进一步增加，如果单元达到疲劳损伤阈值Da并未被磨损，则认为该单元疲劳破坏，在随后循环中会继续判断该单元是否被磨损掉，如被磨损，该单元不算入裂纹长度中；所述步骤2实现过程如下：总应变εij为： 其中，εij为总应变，为弹性应变部分，为塑性应变部分，σij为柯西应力，δij为下标运算符号，为塑性应变增量，λ为塑性乘子，E为弹性模量，ν为泊松比，F为带损伤参量的米塞斯屈服函数其表达式为： 其中，sij为应力偏量，αij为背应力，Y为屈服面半径，由式3和式4得塑性应变增量为： 考虑连续性条件对于塑性乘子λ有： 其中，△p为累积等效塑性应变增量；对于Chaboche损伤本构的背应力αij为： 其中，Ck，γk为材料常数；所述步骤3实现过程如下：Chaboche非线性连续累积损伤模型的单轴疲劳下的表达式为： 其中，N表示载荷循环数；σmax和σm分别表示一个循环中的最大应力和平均应力；指数β为常数通常由试验数据拟合；Mσm为平均应力相关的函数；Chaboche非线性连续累积损伤模型的多轴疲劳下表达形式为： 该式通过将式10中指数α项中的σmax和σlσm相应转换为多轴下的AII和AII*来表达，多轴疲劳极限与平均静水应力有关，其表达式为： 其中，σH,mean为循环中的平均静水应力，取循环过程中的最大静水应力与最小静水应力的均值，即： 其中，σ11、σ22和σ33为三个主应力；多轴疲劳载荷下的等效应力幅AII定义为： 其中，σ′ijmax和σ′ijmin分别为循环中各应力偏量的最大值和最小值；σ1、σ2和σ3为主应力幅，即σi＝[maxσi-minσi]2；将Chaboche非线性累积损伤模型中的损伤参量D记为De，主要表征应力对损伤的影响，式15可表达为： 为了考虑塑性应变随损伤的影响，考虑与塑性应变增量相关的非线性连续累积损伤模型，并将其损伤参量记为Dp，表达式如下： 其中，为一个循环中的损伤等效应力最大值，而损伤等效应力具体定义为：σ*＝σeqRv1221 其中，σH为静水压力，参数S和m是材料常数由试验数据获得；对于De和Dp和总损伤参量D的关系：dD＝MaxdDe,dDP23即在一个循环内损伤增量取dDe和dDp的最大值。

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