CN108204925B - 复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统 - Google Patents

复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了复合材料的疲劳寿命预测方法和系统，包括：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力‑应变曲线；将拉伸应力‑应变曲线进行数据处理，并将拉伸应力‑应变曲线映射成：第一疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及第二疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；将待测复合材料的性能参数分别代入第一疲劳寿命计算公式和第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；将第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出。本发明能够对复合材料的疲劳寿命进行预测。

Description

复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统
技术领域
本发明涉及一种复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统。
背景技术
纤维复合材料具有优异的力学性能(比强度和比模量高、耐疲劳性能好、阻尼减振性能好)，而且还可以根据使用条件的要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能，已成为一种当代新型的工程材料，在航空航天、汽车工业、船舶工业、能源产业等得到了广泛的应用。
复合材料是由纤维相、基体相以及界面相所组成的各向异性材料，大量试验结果研究表明:复合材料受疲劳循环载荷作用时，在其整个寿命期间内不产生如金属材料那样控制整个结构疲劳性能的一条主裂纹，而是产生基体开裂，界面脱胶，分层和纤维断裂四种基本破坏形式，以及由它们相互作用而形成的诸多综合破坏形式。因此，是否能够准确预测碳纤维复合材料结构的疲劳寿命是影响当前其广泛应用的重要前提。
目前科学界和工业界对复合材料界面相的研究主要包括两个途径。一是通过建立唯象实验手段，如纳米压痕、单丝拉伸等来测量界面相的结构特征和力学参数；另一种则是通过细观力学的方法对界面相进行数值建模。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够对复合材料的疲劳寿命进行预测的预测方法及预测系统。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种复合材料的疲劳寿命预测方法，包括：
步骤一：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力-应变曲线；
步骤二：将拉伸应力-应变曲线进行数据处理，使得拉伸应力-应变曲线映射成：
第一疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；
步骤三：将待测复合材料的性能参数分别代入第一疲劳寿命计算公式和第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；以及
步骤四：将第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出。
根据本发明的一个实施例，步骤二中进一步包括：
计算第一疲劳寿命值的第一疲劳寿命计算公式(1)为：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；以及
计算第二疲劳寿命值的第二疲劳寿命计算公式(2)为：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
根据本发明的一个实施例，步骤一进一步包括：
在高低温实验箱中利用材料试验机进行复合材料拉伸性能试验，以获得拉伸应力-应变值并对拉伸应力-应变值进行拟合处理以获得拉伸应力-应变曲线。
根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：
在高低温实验箱中以-65℃～75℃的热循环温度以及以200-260分钟的时间为周期进行复合材料拉伸性能试验。
根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：
利用INSTRON 5500电子万能材料试验机进行复合材料拉伸性能试验，其中，拉伸速率为50毫米/分钟。
根据本发明的一个实施例，在步骤三中选用的待测复合材料包括纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料中的任一种。
根据本发明的一个实施例，在步骤三中选用的待测复合材料为用于制成航空航天飞行器的蒙皮的材料。
根据本发明的一个实施例，还包括：
步骤五：将输出的较小的数值标记至待测复合材料，以作为待测复合材料的疲劳寿命预测值。
根据本发明的一个实施例，还包括：
步骤六：将输出的较小的数值传输并记录在外部数据库中，以作为待测复合材料的疲劳寿命预测值。
根据本发明的另一个方面，还提供一种复合材料的疲劳寿命预测系统，包括：
数据处理模块，用于接收复合材料拉伸性能试验所获得的拉伸应力-应变曲线，数据处理模块进一步包括：
第一疲劳寿命计算模块，由拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算模块，由拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；以及
比较输出模块，用于接收由数据处理模块输出的第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值，并将二者中较小的数值输出。
根据本发明的一个实施例，第一疲劳寿命计算模块基于公式(1)计算第一疲劳寿命值：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；并且
第二疲劳寿命计算模块基于公式(2)计算第二疲劳寿命值：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
根据本发明的一个实施例，数据处理模块进一步构造成：用于接收在高低温实验箱中利用材料试验机进行复合材料拉伸性能试验所获得的拉伸应力-应变曲线。
本发明的有益技术效果在于：
本发明提出能够对复合材料的疲劳寿命进行预测的预测方法，建立了提出了表征蒙皮材料力学性能劣化程度的剩余刚度模型和剩余强度模型，将蒙皮材料微观的损伤情况与宏观的力学性能建立了直观联系，为下一步预测蒙皮材料的疲劳寿命奠定了基础。此外，本发明提出的预测方法可以应用到各种复合材料的制作的工程结构，并不受载荷条件的限制，降低测试成本和减少测试时间。同时，基于复合材料提出的预测方法及预测系统，可以运用到其他各种纤维增强的复合材料耐久设计中。
附图说明
图1是本发明一个实施例预测方法的流程图；
图2是本发明一个实施例预测方法的示意图；
图3是本发明一个实施例预测方法的示意图；
图4是本发明一个实施例预测系统的示意图；
图5是本发明一个实施例蒙皮材料的纬向拉伸曲线；
图6是本发明一个实施例蒙皮材料的经向拉伸曲线；
图7是本发明一个实施例蒙皮材料的拟合后的纬向拉伸曲线；
图8是本发明一个实施例蒙皮材料的拟合后的经向拉伸曲线；
图9示出了本发明一个实施例的材料剩余强度曲线；
图10示出了本发明一个实施例的材料刚度曲线。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种复合材料的疲劳寿命预测方法，包括：
步骤一：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力-应变曲线；
步骤二：将拉伸应力-应变曲线传进行数据处理，并使得拉伸应力-应变曲线映射成：
第一疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；
步骤三：将待测复合材料的性能参数分别输入第一疲劳寿命计算公式和第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；以及
步骤四：将第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出。
根据本发明的一个实施例，拉伸应力-应变曲线如图5和图6所示。
在上述实施例中，上述预测方法建立了提出了表征蒙皮材料力学性能劣化程度的剩余刚度模型和剩余强度模型，将蒙皮材料微观的损伤情况与宏观的力学性能建立了直观联系，为下一步预测蒙皮材料的疲劳寿命奠定了基础。此外，本发明提出的预测方法可以应用到各种复合材料的制作的工程结构，并不受载荷条件的限制，降低测试成本和减少测试时间。同时，基于复合材料提出的预测方法及预测系统，可以运用到其他各种纤维增强的复合材料耐久设计中。
如图2和图3所示，根据本发明的一个实施例，步骤二中进一步包括：
计算第一疲劳寿命值的第一疲劳寿命计算公式(1)为：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；以及
计算第二疲劳寿命值的第二疲劳寿命计算模块基于公式(2)为：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
公式(1)：
材料的损伤函数应具有如下形式：D＝D(n,r,s,ω,T,M)，这里D是损伤函数，n是循环周期数，r是应力比，s是最大循环载荷，ω是载荷频率，T是温度，M是湿度。通常温度T和湿度M均可以省略，这是由于在进行具体实验时，通常温度T和湿度M均为已知的常量。因此，上述材料的损伤函数可以表示为：D＝D(n,r,s,ω)。材料的损伤的程度通过材料的剩余强度来描述，通常随着循环周期的增加，剩余强度减少。在未损伤时，剩余强度等于静态强度；在疲劳状态，剩余强度等于导致材料失效的最大应力。因此，可以将剩余强度的变化视为损伤变量。因此，可以进行两个这样的假设：1)假设剩余强度的导数与外加应力成正比；2)假设剩余强度R(n)的导数同R(n)的b-1的幂成反比，则有：(dR(n))/dn＝-(f(r,s,ω))/(b(R(n))^(b-1))，这里f(r,s,ω)是r,s,ω的函数，其为表示外加载荷的函数。在本文中应力比r和载荷频率ω也是确定的常量。所以可以将f(r,s,ω)简写为：f(r,ω)＝kA(s)，k>0，其中，A(s)是施加的外力载荷。最后得到：(dR(n))/dn＝(kA(s))/bR(n)^(b-1)，积分得到R(n＝((-kA(s)n+C1))^(1/b)，其中，C1为常数。利用n＝0时，R(0)＝σ，C1＝σb＝R(0)b，σ是无损伤时的强度。R(n)＝((-kA(s)n+(R(0))^b))^(1/b)加上相应的破坏条件，就能预测蒙皮材料的疲劳寿命。
利用推导的剩余强度模型R(n)＝((-kA(s)n+(R(0))^b))^(1/b)，这里，A(s)是温度应力，令A(s)＝αΕ(0)ΔΤ，α是材料的热膨胀系数，可以取值为10-6m/T，Ε(0)是未经高低温交变的材料的弹性模量，如果令ΔΤ＝1，那么就可以将一个周期(从-65℃至75℃需要240分钟)高低温交变看成是恒定载荷kA(s)作用140个周期。由图5至图9所示的参数拟合的结果可见，剩余强度的演化方程变为：R(n)＝((-232.43325*0.0062n+154^1.89485))^(1/1.89495)，理想状态下当R(n)＝0时，材料完全破坏，实际上达不到这种标准。实际情况下的损伤率介于20％-80％，在本发明中，损伤率取值为75％。即当R(N)/R(0)＝25％，则疲劳寿命就得到Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s))，此时，n＝Nf1。
公式(2)：
剩余刚度模型的推导可以借鉴剩余强度的模型，同样需要进行如下假设：1)损伤变量ω对循环周期n导数是一个递减函数；2)它的导数与拉伸强度σ成正比，3)同自身的b次幂成反比。所以损伤演化方程可以写成：(dw(n))/dn＝(cσ^b)/((1-w(n)))^a，这里，a,b,c是材料常数，σ是拉伸强度，w(n)＝1-(E(n))/(E(0))，E(n)是循环n周期后的剩余刚度，Ε(0)是无损伤的刚度。对上式进行积分，得到：w(n)＝(-(-nacσ^b-ncσ^b-C_1(acσ)^b-C_1cσ^b))^(1/(a+1))+1，由ω(0)＝0这个条件，则上式变为：w(n)＝(-(-nacσ^b-ncσ^b+1))^(1/(a+1))+1，在这样的基础上，加上相应的损伤破坏条件，就能推导出蒙皮材料的疲劳寿命。利用推导的剩余刚度模型w(n)＝(-(-nacσ^b-ncσ^b+1))^(1/(a+1))+1，由图5至图10所示材料的剩余刚度图，通过对损伤的剩余刚度曲线得到拟合的参数，所以上式变为：w(n)＝(-(-0.29358*1.7349*(0.0066)^1.98479n-1.7349*(0.0066)^1.98479n+1))^(1/1.29358)+1。当ω(n)＝0.75时，得到疲劳寿命公式Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b)，此时，n＝Nf2。
需要注意的是，这里的常数a,b,c是根据测试得出的数据进行拟合得到的，但是测试出来后可以作为常数使用，在后续的计算中，无需再进行同种材料的常数测试。但是根据不同模型得到的常数是不一样的，例如：已经推导出了剩余强度模型R(n)＝((-kA(s)n+(R(0))^b))^(1/b)，同时根据图5至图9所示的参数拟合的结果可得出，剩余强度的演化方程变为：R(n)＝((-232.43325*0.0062n+154^1.89485))^(1/1.89495)，因此此时b＝1.89485。根据推导出的剩余刚度模型w(n)＝(-(-nacσ^b-ncσ^b+1))^(1/(a+1))+1，同时根据图5至图10所示材料的剩余刚度图，通过对损伤的剩余刚度曲线得到拟合的参数，所以上式变为：w(n)＝(-(-0.29358*1.7349*(0.0066)^1.98479n-1.7349*(0.0066)^1.98479n+1))^(1/1.29358)+1，可以得出此时a＝0.29358,b＝1.98479,c＝7.7349。
此外，在上述实施例中，恒定载荷通过高低温环境表现，具体为：高低温环境可以视为一个类似恒定的载荷，这与经典力学中的拉伸压缩类似，高温和低温即类似于拉伸、压缩的过程，只是这个载荷在高温阶段是正载荷，低温阶段是负载荷。
上述实施例在表征蒙皮材料力学性能劣化程度的剩余刚度模型和剩余强度模型的基础上建立了蒙皮材料的损伤演化方程和疲劳寿命方程。该方程借助损伤变量的概念，将蒙皮材料微观的损伤情况与宏观的力学性能建立了直观联系，为下一步预测蒙皮材料的疲劳寿命奠定了基础。
根据本发明的一个实施例，步骤一进一步包括：
在高低温实验箱中利用材料试验机进行复合材料拉伸性能试验，以获得拉伸应力-应变值并对拉伸应力-应变值进行拟合处理以获得拉伸应力-应变曲线。在一个实施例中，上述拟合后的拉伸应力-应变曲线如图7和图8所示。
根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：
在高低温实验箱中以-65℃～75℃的热循环温度以及以200-260分钟的时间为周期进行复合材料拉伸性能试验。
根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：
在高低温实验箱中以-65℃～75℃的热循环温度以及以200分钟的时间为周期进行复合材料拉伸性能试验。
根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：
利用INSTRON 5500电子万能材料试验机进行复合材料拉伸性能试验，其中，拉伸速率为50毫米/分钟。
根据本发明的一个实施例，在步骤三中选用的待测复合材料包括纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料中的任一种。当然，根据具体情况，上述预测方法也可以运用到其他各种纤维增强的复合材料耐久设计中。
根据本发明的一个实施例，在步骤三中选用的待测复合材料为用于制成航空航天飞行器的蒙皮的材料。
根据本发明的一个实施例，还包括：
步骤五：将输出的较小的数值标记至待测复合材料，以作为待测复合材料的疲劳寿命预测值。
根据本发明的一个实施例，还包括：
步骤六：将输出的较小的数值传输并记录在外部数据库中，以作为待测复合材料的疲劳寿命预测值。
如图4所示，根据本发明的另一个方面，本发明的一个实施例还提供一种复合材料的疲劳寿命预测系统，包括：
数据处理模块，用于接收复合材料拉伸性能试验所获得的拉伸应力-应变曲线，数据处理模块进一步包括：
第一疲劳寿命计算模块，由拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算模块，由拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；以及
比较输出模块，用于接收由数据处理模块输出的第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值，并将二者中较小的数值输出。
在上述实施例中，上述预测方法建立了提出了表征蒙皮材料力学性能劣化程度的剩余刚度模型和剩余强度模型，将蒙皮材料微观的损伤情况与宏观的力学性能建立了直观联系，为下一步预测蒙皮材料的疲劳寿命奠定了基础。此外，本发明提出的预测方法可以应用到各种复合材料的制作的工程结构，并不受载荷条件的限制，降低测试成本和减少测试时间。同时，基于复合材料提出的预测方法及预测系统，可以运用到其他各种纤维增强的复合材料耐久设计中。
根据本发明的一个实施例，第一疲劳寿命计算模块基于公式(1)计算第一疲劳寿命值：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；并且
第二疲劳寿命计算模块基于公式(2)计算第二疲劳寿命值：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
根据本发明的一个实施例，数据处理模块进一步构造成：用于接收在高低温实验箱中利用材料试验机进行复合材料拉伸性能试验所获得的拉伸应力-应变曲线。
如图5至图10所示，根据本发明的一个实施例，通过实验测试B-1复合材料在高低温循环后，其经纬向拉伸应力应变曲线(如图5和图6所示)。其中高低温实验在高低温实验箱中进行，热循环温度为：-65℃-75℃，完成一个循环所用时间为240min。拉伸性能试验在INSTRON 5500电子万能材料试验机上进行，拉伸速率为50mm/min，应变测量采用INSTRON公司的大变形引伸计完成。
根据拉伸试验数据绘制如图5和图6所示的拉伸应力-应变曲线，并对曲线进行拟合处理，得到如图7和图8所示的拟合后的拉伸应力-应变曲线。
将相关实验数据带入公式(1)：Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s))，得到Nf1＝8449.033，将周期数NF转换成天数N，N＝Nf/140＝60.35天。
将相关实验数据带入公式(2)：Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b)，得到Nf2＝7900.032，将周期数Nf转换为天数N，N＝Nf/140＝56.4288天。
通过比较两个模型取最小的寿命为准，所以该材料的疲劳寿命为56.4天。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料的疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：
步骤一：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力-应变曲线；
步骤二：将所述拉伸应力-应变曲线进行数据处理，使得所述拉伸应力-应变曲线映射成：
第一疲劳寿命计算公式以基于所述复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算公式以基于所述复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；
步骤三：将待测复合材料的性能参数分别代入所述第一疲劳寿命计算公式和所述第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；以及
步骤四：将所述第一疲劳寿命数值和所述第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出；
其中，所述步骤二中进一步包括：
计算所述第一疲劳寿命值的所述第一疲劳寿命计算公式(1)为：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；以及
计算所述第二疲劳寿命值的所述第二疲劳寿命计算公式(2)为：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
2.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：
在高低温实验箱中利用材料试验机进行所述复合材料拉伸性能试验，以获得拉伸应力-应变值并对所述拉伸应力-应变值进行拟合处理以获得所述拉伸应力-应变曲线。
3.根据权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤一中进一步包括：
在所述高低温实验箱中以-65℃～75℃的热循环温度以及以200-260分钟的时间为周期进行所述复合材料拉伸性能试验。
4.根据权利要求2所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤一中进一步包括：
利用INSTRON 5500电子万能材料试验机进行所述复合材料拉伸性能试验，其中，拉伸速率为50毫米/分钟。
5.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，在所述步骤三中选用的所述待测复合材料包括纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料中的任一种。
6.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，在所述步骤三中选用的所述待测复合材料为用于制成航空航天飞行器的蒙皮的材料。
7.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，还包括：
步骤五：将输出的较小的数值标记至所述待测复合材料，以作为所述待测复合材料的疲劳寿命预测值。
8.根据权利要求1所述的疲劳寿命预测方法，其特征在于，还包括：
步骤六：将输出的较小的数值传输并记录在外部数据库中，以作为所述待测复合材料的疲劳寿命预测值。
9.一种复合材料的疲劳寿命预测系统，其特征在于，包括：
数据处理模块，用于接收复合材料拉伸性能试验所获得的拉伸应力-应变曲线，所述数据处理模块进一步包括：
第一疲劳寿命计算模块，由所述拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于所述复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及
第二疲劳寿命计算模块，由所述拉伸应力-应变曲线映射而成并用于基于所述复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；以及
比较输出模块，用于接收由所述数据处理模块输出的所述第一疲劳寿命数值和所述第二疲劳寿命数值，并将二者中较小的数值输出；
其中，
所述第一疲劳寿命计算模块基于公式(1)计算所述第一疲劳寿命值：
Nf1＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；并且
所述第二疲劳寿命计算模块基于公式(2)计算所述第二疲劳寿命值：
Nf2＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，
其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。
10.根据权利要求9所述的疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述数据处理模块进一步构造成：用于接收在高低温实验箱中利用材料试验机进行所述复合材料拉伸性能试验所获得的所述拉伸应力-应变曲线。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108956340A (zh) * 2018-08-10 2018-12-07 嘉兴学院 一种拉伸疲劳测试方法
CN109165438A (zh) * 2018-08-20 2019-01-08 东汉新能源汽车技术有限公司 碳纤维增强复合材料工件的疲劳寿命预测方法
CN109657412B (zh) * 2019-01-22 2022-05-03 北京航空航天大学 一种陶瓷基复合材料的疲劳寿命的多尺度预测方法
CN110580370A (zh) * 2019-03-13 2019-12-17 大连交通大学 一种基于能量耗散理论的点焊接头疲劳寿命分析方法
CN110083962B (zh) * 2019-05-07 2022-11-15 湘潭大学 一种离心泵主轴运行寿命的预测方法及预测系统
CN110334429B (zh) * 2019-07-01 2023-05-02 河南省高远公路养护技术有限公司 一种沥青路面剩余疲劳寿命的预测方法
CN110619153B (zh) * 2019-08-21 2023-08-25 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 考虑残余应力条件下激光搭接焊的接头疲劳寿命计算方法
CN110530745A (zh) * 2019-09-09 2019-12-03 南昌大学 一种金属材料疲劳预测中测量损伤变量的装置及方法
CN110516409B (zh) * 2019-09-26 2023-08-01 飞的科技有限公司 疲劳强度分析方法及装置
CN110910972A (zh) * 2019-11-20 2020-03-24 长沙理工大学 基于高斯过程的疲劳应力集中系数预测方法
CN111090933B (zh) * 2019-12-11 2023-04-07 中国飞机强度研究所 一种复合材料单向层压板寿命预测方法
CN111122357A (zh) * 2019-12-18 2020-05-08 中国科学院金属研究所 一种铝合金导线疲劳寿命的试验方法
CN111400876B (zh) * 2020-03-04 2023-10-20 中国科学院金属研究所 一种基于不同约束条件下的金属构件热机械疲劳寿命预测方法
CN111624099B (zh) * 2020-04-16 2022-10-04 重庆大学 一种适用于高低温环境下的复合材料层合板ii型疲劳分层试验装置
CN111553102B (zh) * 2020-04-29 2023-05-23 中国人民解放军空军工程大学 一种含湿热效应复合材料加筋板的静强度有限元预测方法
CN112100806B (zh) * 2020-07-31 2023-12-15 东南大学 一种表征复合材料本构曲线的获取方法
CN112147010B (zh) * 2020-09-28 2024-03-01 西北工业大学 一种复合材料耐压壳体疲劳性能测试系统
CN112733324B (zh) * 2020-12-17 2023-06-16 重庆大学 一种考虑应力比和纤维桥接影响的复合材料层板疲劳分层扩展行为预测方法
CN112710539B (zh) * 2020-12-22 2024-05-17 沈阳工业大学 含褶皱缺陷的风力机叶片主梁疲劳寿命的快速预测方法
CN112699466B (zh) * 2020-12-29 2022-10-11 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种薄壁加筋结构屈曲疲劳分析方法
CN113189130A (zh) * 2020-12-31 2021-07-30 深圳市金菱通达电子有限公司 新能源热管理复合材料老化寿命试验方法和算法及用途
CN112903471A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 中国人民解放军火箭军工程大学 一种含均匀孔隙材料老化模量分析方法和系统
CN112906264B (zh) * 2021-02-03 2022-09-23 合肥工业大学 一种金属内胆碳纤维复合材料气瓶的疲劳寿命分析方法
CN112945495B (zh) * 2021-02-05 2022-06-03 中国航发沈阳发动机研究所 一种航空发动机批产叶片疲劳强度检验方法
CN113111450B (zh) * 2021-03-10 2022-07-19 博世华域转向系统有限公司 一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法
CN113203608A (zh) * 2021-03-22 2021-08-03 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 焊接态多层金属复合材料界面拉-剪疲劳试样及试验方法
CN113109149B (zh) * 2021-04-09 2023-04-14 中国航发北京航空材料研究院 基于温度和强度参数设计的钛合金保载疲劳加速试验方法
CN113109192B (zh) * 2021-04-09 2023-04-14 中国航发北京航空材料研究院 基于保载载荷响应差别的钛合金保载疲劳寿命的测试方法
CN113204923B (zh) * 2021-05-19 2023-04-07 广州大学 复合材料冲击后剩余强度预测方法、系统、装置及介质
CN113515858B (zh) * 2021-07-08 2022-10-21 上海工程技术大学 一种基于刚度退化的碳纤维缝合复合材料疲劳寿命预估方法
CN113536490B (zh) * 2021-08-27 2022-05-17 西安石油大学 一种抽油杆疲劳寿命预测方法及系统
CN114166665B (zh) * 2021-10-29 2023-12-22 东南大学 一种水泥稳定碎石混合料抗裂性能评价的试验方法
CN113984505B (zh) * 2021-11-10 2024-05-24 中国航发北京航空材料研究院 一种类金刚石薄膜的摩擦、磨损寿命的测试方法
CN114216789B (zh) * 2021-12-07 2023-11-14 北京工业大学 一种考虑温度影响的树脂基复合材料的寿命预测方法
TWI820563B (zh) * 2022-01-05 2023-11-01 台灣電力股份有限公司 材料壽命預測方法
CN116628796B (zh) * 2023-04-13 2024-05-28 深圳市正昌隆管业有限公司 一种复合材料桥架寿命评估方法及系统
CN116611271B (zh) * 2023-07-20 2023-10-10 中国汽车技术研究中心有限公司 一种汽车碰撞假人头部皮肤使用寿命的预测方法
CN116825257B (zh) * 2023-08-31 2023-11-24 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 储氢瓶疲劳特性预测方法及系统

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003322593A (ja) * 2002-04-26 2003-11-14 Nippon Steel Corp 鋼構造物溶接部の残存疲労寿命推定装置、推定システム、推定方法、プログラム及び記憶媒体
US7623973B1 (en) * 2008-05-05 2009-11-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Methods and systems to predict fatigue life in aluminum castings
CN101393079B (zh) * 2008-11-06 2011-02-02 上海交通大学 汽车车身结构疲劳寿命预测系统
US8532941B2 (en) * 2010-08-26 2013-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Fatigue life estimation method and system
US8825457B2 (en) * 2011-01-14 2014-09-02 The Procter & Gamble Company Systems and methods for material life prediction
CN102156066A (zh) * 2011-03-28 2011-08-17 上海理工大学 基于强化和损伤的移动s-n曲线疲劳寿命预测方法
CN104285139A (zh) * 2012-04-24 2015-01-14 Skf公司 轴承监测方法以及系统
CN104237043A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 山东科技大学 一种定量测量合金热疲劳性能及预测合金寿命的方法
CN103942441B (zh) * 2014-04-25 2016-10-05 上海交通大学 基于应力比影响的碳纤维复合材料疲劳寿命评估方法
CN104020254B (zh) * 2014-05-20 2016-01-13 北京航空航天大学 一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法
CN104156500A (zh) * 2014-07-10 2014-11-19 东北大学 一种预测材料疲劳寿命的方法
CN104316388B (zh) * 2014-07-25 2016-09-28 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种对各向异性材料结构件进行疲劳寿命测定的方法
CN105651496B (zh) * 2014-11-19 2019-02-26 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种液压导管疲劳寿命指标确定方法
CN104502276B (zh) * 2015-01-19 2017-06-09 青岛科技大学 一种橡胶与纤维帘线粘合的动态疲劳演变测试方法
CN104699976B (zh) * 2015-03-20 2017-07-18 北京航空航天大学 一种包含平均应力影响的金属材料多轴高周疲劳失效预测方法
CN105022860B (zh) * 2015-05-20 2018-05-04 工业和信息化部电子第五研究所 Pcb焊点随机振动疲劳寿命预测方法与系统
CN105158084B (zh) * 2015-09-15 2018-02-09 华东理工大学 一种材料的蠕变‑疲劳寿命预测方法
CN105302987B (zh) * 2015-11-15 2018-08-14 北京工业大学 一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法
CN105760605A (zh) * 2015-12-17 2016-07-13 南京航空航天大学 复杂编织结构陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法
CN105928810B (zh) * 2016-06-21 2018-11-30 巨石集团有限公司 纤维增强材料弯曲疲劳测试方法

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