(19)中华 人民共和国 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 202111287098.X (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 申请人 内蒙古第一机 械集团有限公司 　 北京理工大 学 (72)发明人 朱顺鹏　李雪康　菅敏　王喆　 伊枭剑　廖鼎　何金超　 (74)专利代理 机构 成都虹盛汇泉专利代理有限 公司 51268 代理人 王伟 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 缺口-尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲 劳寿命评估方法 (57)摘要 本发明公开一种缺口 –尺寸效应下耦合应变 能梯度的结构疲劳寿命评估 方法， 应用于可靠性 分析领域， 针对含缺口金属结构 件在外部载荷作 用下普遍存在的缺口效应(局部应力集中)和尺 寸效应问题； 本发明通过耦合应变能梯度， 建立 了一种尺寸效应下不同应力比作用的缺口结构 疲劳寿命预测和评估 方法； 以基于稳定迟滞回线 计算得到的总应变能密度为基础， 建立合理的缺 口结构疲劳寿命 预测模型； 利用应变能梯度定义 不同缺口 –尺寸效应下损伤区域的边界长度和体 积并提取应变能密度； 用权函数来表征缺口 –尺 寸效应下有效损伤区内不同位置的应变能密度 对结构全局疲劳损伤的贡献； 最终以概率模型来 描述疲劳寿命的分散性。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 113987681 A 2022.01.28 CN 113987681 A 1.缺口‑尺寸效应下耦合应 变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特 征在于， 包括： S1、 对试样进行弹塑性有限元建模分析， 建立对称加载下总应变能密度和寿命之间的 联系； S2、 计算等效应变能密度； S3、 将等效应变能密度作为损伤参量， 得到不同应力比下考虑尺寸效应的缺口件疲劳 寿命预测模型。 2.根据权利要求1所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 步骤S1具体为： S11、 对试样进行弹塑性有限元建模分析， 提取边界单元在稳定循环内沿加载方向的应 力一应变响应； S12、 绘制边界单元在稳定循环内的迟滞曲线， 计算总应变能密度， 进而拟合对称加载 下总应变能密度与寿命的关系式。 3.根据权利要求2所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 步骤S12所述的对称加载 下总应变能密度和寿命之间的表达式为： Wt*(Kt)β＝a(Nf)b 其中， Wt为总应变能， Kt为理论应力集中系数， Nf为疲劳寿命， a、 b和β 为参数， a、 b和β 通 过最小二乘法拟合得到 。 4.根据权利要求3所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 步骤S2包括以下分步骤： S21、 对缺口结构进行不同应力比下的弹塑性有限元分析， 根据等效应力云图确定应力 集中区域； S22、 提取应力集中区域所有表面节点在稳定循环内的最大/最小应力应变， 计算总应 变能密度； S23、 寻找具有最大总应 变能密度的危险点O； S24、 以步骤S23中的危险点O为原点， 确定损伤区域的边界长度； S25、 计算 边界长度上等效应 变能密度。 5.根据权利要求4所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 步骤S25所述 边界长度上等效应 变能密度的计算式为： 其中， Deff为损伤区域 的边界长度， Wt为损伤区域内任意点 的总应变能密度， 为权 函数， x为损伤区域内任一 点到最大应 变能密度点的距离 。 6.根据权利要求5所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 总应 变能密度Wt的计算式为： 式中， Δσ 为应力范围， Δεe为弹性应变范围， Δεp为塑性应变范围， n ′循环应变硬化指 数， ΔWe为弹性应 变能密度， ΔWp为塑性应 变能密度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113987681 A 27.根据权利要求5所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 权函数的表达式为： 其中， χW(x)为总应 变能梯度。 8.根据权利要求5所述的缺口 ‑尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法， 其特征在于， 总应 变能梯度 χW(x)的计算公式为： 其中， Wa， max表示最大总应 变能密度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113987681 A 3