(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 202111332777.4 (22)申请日 2021.11.11 (71)申请人 福建工程学院 地址 350000 福建省福州市大 学新区学府 南路33号 (72)发明人 凌静秀　吴勉　成晓元　李占福　 杨俣　 (74)专利代理 机构 福州君诚知识产权代理有限 公司 35211 代理人 戴雨君 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种含双裂纹TBM刀盘特征件的寿命预测方 法 (57)摘要 本发明公开一种含双裂纹TBM刀盘特征件的 寿命预测方法， 利用刀盘特征件模拟其双裂纹的 扩展， 能够在减少计算量利用Paris公式计算裂 纹深度和长度方向的扩展， 用 Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型计 算出等效应力强度因子， 利用等效应力强度因子 进行寿命预测， 提高寿 命预测的精度和准确度。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114048566 A 2022.02.15 CN 114048566 A 1.一种含双裂纹TBM刀盘特 征件的寿命预测方法， 其特 征在于： 其包括以下步骤： 1)观察刀盘裂纹情况， 提取刀盘特征件并建立特征件的三维模型， 将三维模型导入 workbench中； 2)在workbench中设置刀盘特征件的材料， 对刀盘特征件施加约束荷载， 并在刀盘特征 件上预制两条平行裂纹进行模仿分析， 设定 两条裂缝的初始深度为a， 初始长度为2c； 3)求解出两条裂纹中 Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子， 并利用公式计算出等效应力强度 因子Keq， 选取等效应力强度因子较大的裂缝进作为分析裂缝， 后 续以分析裂缝进行寿命分 析； 保持a/c不变， a以每次固定值扩展， 用以上拟合方法求出在90度也就是中间最大值地方 的等效应力强度因子随裂纹深度的变化， 用该处的等效应力强度因子作为裂纹扩展驱动 力， 利用Paris公式计算裂纹深度和长度方向的扩展： da/dN＝Ca(ΔKa)m； dc/dN＝Cc(ΔKc)m； 其中， ΔKa、 ΔKc分别为裂纹尖端深 处a点和表面自由段c点的应力强度因子幅度； Ca、 Cc 和m为裂纹扩展速率 参数， 且Ca和Cc满足如下关系： CC＝0.9mCa； 对裂纹扩展公式从初始裂纹深度a0到临界裂纹深度ac进行积分， 可得到以下疲劳裂纹 扩展寿命公式： 其中ΔKeq为等效应力强度因子幅值； 4)利用上述疲劳裂纹扩展寿命公式计算出裂纹深度与循环次数的关系， 并用Ori gin软 件中的拟合工具进行三项式拟合， 拟合出裂纹扩展速率曲线， 用于裂纹的寿命预测。 2.根据权利要求1所述的一种含双裂纹TBM刀盘特征件的寿命预测方法， 其特征在于： 等效应力强度因子 λ为泊松比， KI为Ⅰ型应力强度因子， K∏为 Ⅱ型应力强度因子， KⅢ为Ⅲ型应力强度因子 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114048566 A 2一种含双裂纹TBM刀盘特征件的寿命 预测方法 技术领域 [0001]本发明涉及全断面岩石掘进机领域， 尤其涉及一种含双裂纹TBM刀盘特征件的寿 命预测方法。 背景技术 [0002]现有的技术采用理论推导、 数值模拟及试验观察等手段研究单一载荷下标准样件 或简单构件的裂纹应力强度 因子变化规律， 同时提出不同领域的裂纹扩展模型， 预测构件 的寿命。 而对双裂纹扩展中应力强度 因子的变化较少， 也尚无关于大型复杂结构件疲劳裂 纹扩展寿命预测方法的研究。 发明内容 [0003]为克服现有技术中的不足， 本发明的目的在于提供一种含双裂纹TBM刀盘特征件 的寿命预测方法。 [0004]为实现上述目的， 本发明采用以下技 术方案： [0005]一种含双裂纹TBM刀盘特 征件的寿命预测方法， 其包括以下步骤： [0006]1)观察刀盘裂纹情况， 提取刀盘特征件并建立特征件的三维模型， 将三维模型导 入workbench中； [0007]2)在workbench中设置刀盘特征件的材料， 对刀盘特征件施加约束荷载， 并在刀盘 特征件上预制两条平行裂纹进行模仿分析， 设定 两条裂缝的初始深度为a， 初始长度为2c； [0008]3)求解出两条裂纹中 Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子， 并利用公式计算出等效应力 强度因子Keq， 选取等效应力强度因子较大的裂缝进作为分析裂缝， 后续以分析裂缝进行寿 命分析； 保持 a/c不变， a以每次固定值扩展， 用以上拟合方法求出在90度也就是中间最大值 地方的等效应力强度因子随裂纹深度的变化， 用该 处的等效应力强度因子作为裂纹扩展驱 动力， 利用Paris公式计算裂纹深度和长度方向的扩展： [0009]da/dN＝Ca(ΔKa)m； [0010]dc/dN＝Cc(ΔKc)m； [0011]其中， ΔKa、 ΔKc分别为裂纹尖端深处a点和表面自由段c点的应力强度因子幅度； Ca、 Cc和m为裂纹扩展速率 参数， 且Ca和Cc满足如下关系： [0012]CC＝0.9mCa； [0013]对裂纹扩展公式从初始裂纹深度a0到临界裂纹深度ac进行积分， 可得到以下疲劳 裂纹扩展 寿命公式： [0014] 其中ΔKeq为等效应力强度因子幅值； [0015]4)利用上述疲劳裂纹扩展寿命公式计算出裂纹深度与循环次数的关系， 并用 Origin软件中的拟合工具进行三项式拟合， 拟合出裂纹扩展速率曲线， 用于裂纹的寿命预 测。说　明　书 1/4 页 3 CN 114048566 A 3