(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 202211137233.7 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210007 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 牛序铭　辛宇恒　江荣　孙志刚　 宋迎东　 (74)专利代理 机构 南京鑫之航知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 32410 专利代理师 汪庆朋 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种适用 于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命 的预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于谱载荷下的疲劳 裂纹扩展寿命的预测方法， 包括如下步骤： 步骤 1， 使用条带屈服模型按照载荷逐次顺序计算谱 载荷下裂纹尖端临近区域的残 余应力场分布； 步 骤2， 将得到的残余应力场按照裂纹尖端前部残 余应力场的合 成规则进行合并； 步骤3， 计算合成 得到的残 余应力场对应的残余应力强度因子； 步 骤4， 建立疲劳裂纹扩展寿命预测模型并求解， 得 到裂纹扩展长度； 步骤5， 用原 裂纹长度与求解得 到的裂纹扩展长度之和替换原 裂纹长度， 并重复 步骤1‑步骤4， 直到裂纹长度到达断裂韧度对应 的断裂裂纹长度停止， 统计循环数。 本发明可适 用于非缺口件的计算， 约束因子可以直接计算得 到而无需通过具体实验 标定， 且适用于不同的裂 纹模式。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115527635 A 2022.12.27 CN 115527635 A 1.一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展 寿命的预测方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1， 使用约束因子为组合约束因子的条带屈服模型按照载荷逐次顺序计算谱载荷 下裂纹尖端临近区域的残余应力场分布； 步骤2， 将得到的残余应力场按照裂纹尖端前部残余应力场的合成规则进行合并； 步骤3， 利用权函数法， 计算 合成得到的残余应力场对应的残余应力强度因子Kres； 步骤4， 建立 疲劳裂纹扩展 寿命预测模型并求 解， 得到裂纹扩展长度da； 步骤5， 用原裂纹长度与求解得到的裂纹扩展长度da之和替换原裂纹长度， 并重复步骤 1‑步骤4， 直到裂纹长度到达断裂韧度 KIC对应的断裂裂纹长度停止， 统计循环数， 即为预测 寿命。 2.根据权利要求1所述的一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命的预测方法， 其特 征在于： 步骤1中的条带屈服模 型中的约束因子采用的是组合约束因子， 组合约束因子的表 达式如下： 式中Kmax为本次循环中最大加载应力对应的应力强度因子， Beq为等效厚度， 表达式为： 其中， v为泊松比， rp0为裂纹尖端前部单调塑性区尺寸， t为半椭圆裂纹长轴与短轴之 比,Beq0为裂纹的短轴长度， 为裂纹前缘某点对应方向角。 3.根据权利要求2所述的一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命的预测方法， 其特 征在于： 步骤1中的所述裂纹尖端临近区域的残余应力场分布的计算表达式为： 将裂纹连同裂纹尖端前部塑性区总计离 散为n′个条带单元， 塑性区尺寸计算公式为： 残余应力分布计算公式为： 其中， W为构件宽度， a为裂纹半长度， f(xi)为远场应力对单元i的位移影响函数， g(xi, xj)为第j条带单元所受局部应力对第i条带单元位移的影响函数， S为拉伸载荷下的远场应 力， σj为第j条带单元所受局部应力， Vi为第i条带单元的长度， 为所有条带单元的总数， ρ 为 裂纹前端被条 带化的塑性区的尺寸， 其中的约束因子α 使用组合约束因子αg代替。 4.根据权利要求1所述的一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命的预测方法， 其特 征在于： 步骤2中的裂纹尖端前部残余应力场的合成规则为： a,仅有当前残余应力分布的压缩应力 部分会影响后续的裂纹扩展， 因此将只取当前残权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115527635 A 2余应力场分布纵坐标为负的部分作为有效残余应力场； b,当多个循环的残余应力场存在重叠部分时， 将其重叠部分两两进行对比， 当本次循 环的有效残余应力场的重叠部 分完全位于另一循环的重叠部分之内时， 忽略本次循环有效 残余应力场的重叠部分， 依 次类推， 直到所有残余应力场被完全合成为一个有效残余应力 场； c,当前循环裂纹尖端位置坐标超出之前所有循环合成的有 效残余应力场分布范围时， 认为合成的有效残余应力场分布不再影响后续的裂纹扩展。 5.根据权利要求1所述的一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命的预测方法， 其特 征在于： 步骤3中残余应力强度因子Kres的表达式为： 其中， Kres为残余应力强度因子， σres为合成的有效残余应力场分布， M(x,a)为权函数， x 为被积函数自变量， a为裂纹的半长度， da为裂纹扩展长度。 6.根据权利要求1所述的一种适用于谱载荷下的疲劳裂纹扩展寿命的预测方法， 其特 征在于： 步骤4建立的疲劳裂纹扩展 寿命预测模型的表达式为： 其中,ΔK为当前循环的应力强度因子范围， Kres为残余应力强度因子， Kth为裂纹扩展阈 值， da为裂纹扩展长度， A、 n 为Pairs公式拟合 参数， 为裂纹扩展速率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115527635 A 3