CN110907271B - 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备 - Google Patents

一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110907271B
CN110907271B CN202010001717.3A CN202010001717A CN110907271B CN 110907271 B CN110907271 B CN 110907271B CN 202010001717 A CN202010001717 A CN 202010001717A CN 110907271 B CN110907271 B CN 110907271B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
metal structure
fatigue crack
length
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010001717.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110907271A (zh
Inventor
李忠文
张振先
马利军
周平宇
郭宇立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Original Assignee
CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Qingdao Sifang Co Ltd filed Critical CRRC Qingdao Sifang Co Ltd
Priority to CN202010001717.3A priority Critical patent/CN110907271B/zh
Publication of CN110907271A publication Critical patent/CN110907271A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110907271B publication Critical patent/CN110907271B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备，在基于应力谱确定金属结构的疲劳裂纹寿命时，考虑了实际应力发生的随机性，将实测的应力谱进行随机排序得到目标应力谱块，按照该目标应力谱块中的施加序号的顺序，为金属结构施加应力，确定该金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，这样，得到的疲劳裂纹扩展寿命更加符合应力发生的实际情况，避免了应力谱原始编排的有序性导致与实际发生应力的随机性不符，导致无法准确的确定出金属结构真实的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该金属结构的设备的可靠性。

Description

一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备
技术领域
本申请涉及金属结构检测技术领域，特别是涉及一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备。
背景技术
承受结构(或元件)，例如轨道交通车辆的金属结构，由于交变载荷的作用或者由于环境侵蚀和载荷的联合作用，会产生微小的裂纹。裂纹将随着交变载荷作用周次的增加或环境侵蚀时间的延长而逐渐扩展，该过程被称为疲劳裂纹扩展。随着裂纹长度的扩展，结构或元件的剩余强度逐渐减小，直至导致该结构断裂。但是，结构的裂纹扩展到临界长度时，将影响该结构使用的性能以及安全，该结构出现裂纹到该裂纹的长度扩展到临界长度的过程中，使用该结构产生的工作里程，被称为疲劳裂纹扩展寿命。
目前，疲劳裂纹扩展寿命的计算通常采用下述方式：方式一、将结构上的实际应力视作恒定幅值的应力，采用差值方式将裂纹进行分段处理，得到不同阶段的工作里程，从而得到疲劳裂纹扩展寿命；方式二、基于应力谱，在应力谱内按照应力级别从高到低或从低到高的顺序依次施加对应的应力幅值，计算疲劳裂纹扩展寿命。
但是，上述方式，不考虑结构上实际应力发生的情况，与实际情况背离，无法准确的确定出结构真实的疲劳裂纹扩展寿命。
发明内容
基于此，本申请实施例提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备，考虑结构上发生应力的随机性，在线路实测的应力谱的基础上，能够准确的确定出结构的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该结构的设备的可靠性。
第一方面，提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法，包括：
对金属结构的第一里程的线路实测应力谱进行处理，得到第二里程的初始应力谱块，所述初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组所述第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系；
对所述初始应力谱块中的多组所述第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；
按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征所述金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
可选地，所述对金属结构的线路实测应力谱进行处理，得到初始应力谱块，包括：
将所述线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到所述第一里程的多级应力谱，所述多级应力谱包括多组第二应力关系，每组所述第二应力关系为所述应力等级、所述应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；
将所述多级应力谱按照预设比例进行转换，得到所述初始应力谱块，每组所述第一应力关系中的所述第一发生频次和所述第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的所述第二发生频次之间满足所述预设比例；所述第二里程和所述第一里程满足所述预设比例。
可选地，所述预设算法为雨流计数法。
可选地，所述目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组所述第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，则，所述按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，包括：
按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，所述第一扩展长度为在初始长度上累加所述第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度；
若所述第一扩展长度小于所述临界长度，则，再次执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度；
若所述第一扩展长度大于或等于所述临界长度，则，获得目标次数，所述目标次数为执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数；
基于所述目标次数和所述第二里程，计算所述金属结构的所述疲劳裂纹扩展寿命。
可选地，所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，包括：
按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组所述第三应力关系对应的应力场强度因子范围，其中，所述i表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组别，所述i从1开始增加到N，所述N表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组的数量；
当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，将所述i的数值加1，所述应力场强度因子阈值为从所述金属结构材料的疲劳裂纹扩展曲线中获得的；
当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围大于所述应力场强度因子阈值，则，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和所述扩展增量长度计算所述第i组第三应力关系下的第二扩展长度；而且，将所述i的数值加1；
当所述i小于或等于所述N，则，返回执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围；
当所述i大于所述N，则，将所述第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
可选地，所述根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，包括：
基于所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据所述近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；
根据所述裂纹扩展速率和所述第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定所述金属结构的疲劳裂纹在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度。
第二方面，还提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定装置，该装置包括：
处理单元，用于对金属结构的第一里程的线路实测应力谱进行处理，得到第二里程的初始应力谱块，所述初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组所述第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系；
排序单元，用于对所述初始应力谱块中的多组所述第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；
施加应力单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征所述金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
可选地，所述处理单元，包括：
划分子单元，用于将所述线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到所述第一里程的多级应力谱，所述多级应力谱包括多组第二应力关系，每组所述第二应力关系为所述应力等级、所述应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；
转换子单元，用于将所述多级应力谱按照预设比例进行转换，得到所述初始应力谱块，每组所述第一应力关系中的所述第一发生频次和所述第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的所述第二发生频次之间满足所述预设比例；所述第二里程和所述第一里程满足所述预设比例。
可选地，所述预设算法为雨流计数法。
可选地，所述目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组所述第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，则，所述施加应力单元，包括：
第一施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，所述第一扩展长度为在初始长度上累加所述第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度；
第二施加应力子单元，用于若所述第一扩展长度小于所述临界长度，则，再次执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度；
获取子单元，用于若所述第一扩展长度大于或等于所述临界长度，则，获得目标次数，所述目标次数为执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数；
计算子单元，用于基于所述目标次数和所述第二里程，计算所述金属结构的所述疲劳裂纹扩展寿命。
可选地，所述第一施加应力子单元，包括：
第三施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组所述第三应力关系对应的应力场强度因子范围，其中，所述i表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组别，所述i从1开始增加到N，所述N表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组的数量；
累加子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，将所述i的数值加1，所述应力场强度因子阈值为从所述金属结构材料的疲劳裂纹扩展曲线中获得的；
第二计算子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围大于所述应力场强度因子阈值，则，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和所述扩展增量长度计算所述第i组第三应力关系下的第二扩展长度；而且，将所述i的数值加1；
第四施加应力子单元，用于当所述i小于或等于所述N，则，返回执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围；
第一确定子单元，用于当所述i大于所述N，则，将所述第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
可选地，所述第二计算子单元，包括：
第三计算子单元，用于基于所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据所述近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；
第二确定子单元，用于根据所述裂纹扩展速率和所述第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度。
第三方面，还提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于根据所述计算机程序执行上述第一方面提供的所述的方法。
第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行上述第一方面提供的所述的方法。
在本申请实施例中，提供的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法具体可以包括：首先，对金属结构的第一里程的线路实测应力谱进行处理，得到第二里程的初始应力谱块，该初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组该第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系；然后，对初始应力谱块中的多组第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；接着，按照该目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定该金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，其中，金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征该金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。这样，通过本申请实施例提供的方法，在基于应力谱确定金属结构的疲劳裂纹寿命时，考虑了实际应力发生的随机性，将实测的应力谱进行随机排序，更加贴合应力发生的实际情况，避免了应力谱原始编排的有序性导致与实际发生应力的随机性不符，导致无法准确的确定出金属结构真实的疲劳裂纹扩展寿命的问题，在线路实测的应力谱的基础上能够准确的确定出金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该金属结构的设备的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中一裂纹扩展曲线的示意图；
图2为本申请实施例中一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法的流程示意图；
图3a为本申请实施例中一金属结构的示意图；
图3b为本申请实施例中图3a中裂纹的示意图；
图4为本申请实施例中步骤203的一实现方式的流程示意图；
图5为本申请实施例中步骤2031的一实现方式的流程示意图；
图6为本申请实施例中疲劳裂纹扩展寿命的确定方法的一示例的流程示意图；
图7为本申请实施例中一种疲劳裂纹扩展寿命的确定装置的结构示意图；
图8为本申请实施例中一种疲劳裂纹扩展寿命的确定设备的结构示意图。
具体实施方式
在轨道交通车辆等设备上，常常会使用金属结构，而金属结构会随着其所在设备的使用，发生裂纹，而且，该裂纹会随着该设备的使用时间的延长而逐渐扩展，也即发生了疲劳裂纹扩展。但是，金属结构的裂纹过长，将对该金属结构的性能以及其所在设备的安全造成影响，那么，通常会根据净截面尺寸失效判据判据方式，确定该金属结构中裂纹的临界长度，当裂纹的扩展长度超过该临界长度，则认为该金属结构无法被使用，此时，表示该金属结构所在设备使用该金属结构作用的里程，被称为疲劳裂纹扩展寿命。其中，确定的临界长度，具体可以是在该金属结构上裂纹的纹面面积达到该金属结构完整截面面积的1/2(或1/3)时，或者，在该金属结构上裂纹的扩展长度达到该金属结构总厚度的1/2(或1/3)时对于轨道交通车辆等设备设计为高周(如：循环次数在105次～107次)或超高周(如：循环次数在107次以上)的循环载荷的情况下，通常可以产生如图1所示的裂纹扩展曲线。该裂纹扩展曲线中，横坐标表示应力场强度因子范围△K，纵坐标表示裂纹扩展速率da/dN(也记作△a/△N)，其中△a表示裂纹增量长度，△N表示交变应力的循环次数的增量。参见图1，通常可以按照△K的大小将该裂纹扩展曲线划分为3个区域，记作I区、II区和III区，或者，也可以称为近门槛区、线性扩展区和快速扩展区裂纹。可以理解的是，该情况下涉及的金属结构承受的应力一般较小，而△K和该金属结构承受的应力正相关，即，这类金属结构上的疲劳裂纹通常处于裂纹扩展曲线的近门槛区。
目前，进行疲劳裂纹扩展寿命的分析和确定，一方面，可以直接借助裂纹扩展曲线中线性扩展区对应的例如Paris方程等方法，估算轨道交通车辆上金属结构的疲劳裂纹寿命。但是，由于该类型的金属结构的疲劳裂纹处于近门槛区而非线性扩展区，以线性扩展区的斜率确定出的da/dN较大，从而导致估算裂纹长度到达临界长度时的交变应力的循环次数增量相比实际情况变小，造成估算的疲劳裂纹寿命偏小。另一方面，也可以基于应力估算，一种情况下，将金属结构上的实际应力视作恒定幅值的应力，采用差值方式将裂纹进行分段处理，得到不同阶段的工作里程，从而得到疲劳裂纹扩展寿命，但是，该情况下采用的方式，由于实际情况下发生的应力不可能完全为恒定幅值的应力，导致这样的假定以及计算方式脱离实际，计算结果不够准确的问题，而且，分段处理中一般分段不超过8段，造成分析粒度较粗，无法精确确定出较为复杂的疲劳裂纹扩展寿命；另一种情况下，借助应力谱确定疲劳裂纹扩展寿命，由于应力谱编排有序性的特点，通常会按照应力谱中应力等级从高到低或从低到高的顺序依次施加对应的应力幅值，计算疲劳裂纹扩展寿命，但是，该情况下采用的方式，由于实际情况下发生的应力是没有规律可寻的，导致该方式偏离应力发生的实际情况，确定出的疲劳裂纹扩展寿命不准确。
基于此，在本申请实施例中，提供的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备，在基于应力谱确定金属结构的疲劳裂纹寿命时，考虑了实际应力发生的随机性，将实测的应力谱进行随机排序，使之更加符合应力发生的实际情况，避免了应力谱原始编排的有序性导致与实际发生应力的随机性不符，导致无法准确的确定出金属结构真实的疲劳裂纹扩展寿命的问题，在线路实测的应力谱的基础上能够准确的确定出金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该金属结构的设备的可靠性。
下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法的具体实现方式。
图2示出了本申请实施例中一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法的流程示意图。该方法适用于所有的金属结构的疲劳裂纹扩展寿命的确定，如：对于处于近门槛区的轨道交通车辆上的金属结构，提高了确定的疲劳裂纹扩展寿命的准确性。参见图2，该方法例如可以包括：
步骤201，对金属结构的第一里程的线路实测应力谱进行处理，得到第二里程的初始应力谱块，其中，该初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系。
可以理解的是，当某金属结构发现裂纹，需要确定其疲劳裂纹扩展寿命，以确定该金属结构的安全使用期限，从而保障其所在轨道交通车辆等设备的无故障运行，可以获得与该金属结构的构造、型号等相同的金属结构在第一里程范围内的线路实测应力谱，以该线路实测应力谱作为数据基础，基于本申请实施例提供的方法，准确的预测出其疲劳裂纹扩展寿命。
其中，第一里程，可以是采集该金属结构的线路实测应力谱时，该线路实测应力谱对应的该金属结构所在的设备(例如轨道交通车辆)运行的里程数，如：12650千米。第二里程，可以是对线路实测应力谱进行处理所得到的初始应力谱块对应的该金属结构所在的设备(例如轨道交通车辆)运行的里程数，具体数值可以和第一里程相同，也可以和第一里程不同，取决于将线路实测应力谱处理为初始应力谱块的处理操作。
初始应力谱块，可以是指将线路实测应力谱进行处理后得到的应力谱块，该初始应力谱块可以包括预设数量的第一应力关系，每组第一应力关系为一组对应关系，具体为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系。
作为一个示例，步骤201中对金属结构的线路实测应力谱进行处理，得到初始应力谱块，具体可以包括：S11，将线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到第一里程的多级应力谱，其中，该多级应力谱包括多组第二应力关系，每组第二应力关系为应力等级、应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；S12，将多级应力谱按照预设比例进行转换，得到初始应力谱块，其中，每组第一应力关系中的第一发生频次和第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的第二发生频次之间满足预设比例；第二里程和第一里程满足预设比例。其中，预设算法例如可以是雨流计数法等对应力谱进行应力等级划分的方法。
举例来说：以图3a示出的轨道交通车辆上的对接接头为例，参见图3a，该对接接头焊趾上存在裂纹，图3b示出该裂纹的结构。其中，该对接接头的长度l＝1500毫米，宽度w＝105毫米，厚度t＝8毫米；经过磁粉探伤发现该对接接头焊趾附近存在裂纹，裂纹深度为a。该情况下，针对该对接接头上的该裂纹，计算该对接接头的疲劳裂纹扩展寿命，计算过程中的和步骤201的S11对应的部分可以包括：采集12650千米的线路实测应力谱，接着，将该线路实测应力谱采用雨流计数法处理为12650千米对应的16级应力谱，具体参数下表1所示：
表1 16级应力谱
Figure BDA0002353738200000101
Figure BDA0002353738200000111
其中，该16级应力谱对应于12650千米的第一里程，其包括16组第二应力关系，每组第二应力关系包括应力等级、应力幅值和第二发生频次之间的对应关系，如：第3组第二应力关系中，包括应力等级3、应力幅值40.06兆帕(英文：MPa)和第二发生频次2910次。接着，和步骤201的S12对应的部分可以包括：将该16级应力谱按照126.5的预设比例进行等比例转换，得到初始应力谱块，如下表2所示：
表2初始应力谱块
Figure BDA0002353738200000112
Figure BDA0002353738200000121
其中，该初始应力谱块对应于12650千米÷126.5＝100千米的第二里程，其包括和16级应力谱中的16组第二应力关系对应的16组第一应力关系，每组第一应力关系包括应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系，如：第3组第一应力关系中，包括应力等级3、应力幅值40.06MPa和第一发生频次23次，其中，第二发生频次2910÷126.5＝第一发生频次23。
可以理解的是，预设比例可以取大于1的数值，将每个应力级别对应的发生频次等比例减小，这样，缩小了应力谱块对应的里程，使得在后续基于应力的发生频次确定疲劳裂纹寿命会更加准确，具体阐述可以参见图4所示实施例的相关说明。此外，该预设比例也可以取1，即，将例如表1所示的多级应力谱直接作为初始应力谱块，无需进行里程和应力的发生频次的等比例压缩，也可以基于本申请实施例计算出较为准确的疲劳裂纹扩展寿命。
步骤202，对初始应力谱块中的多组第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块。
可以理解的是，考虑到实际应力发生的随机性，为了使确定疲劳裂纹扩展寿命的过程更加贴合实际，确定出的疲劳裂纹扩展寿命更加准确，本申请实施例中将步骤201中的初始应力谱块进行随机排序，得到顺序经过随机编排的目标应力谱块，该目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，各施加序号对应的应力幅值和第三发生频次，和与该施加序号不等的应力等级对应的某个应力等级对应的应力幅值和第一发生频次相同，即，目标应力谱块为初始应力谱块中第一应力关系随机调换顺序后得到的应力谱块，并将应力等级替换为从大到小或从小到大的施加序号。
举例来说：仍然以上述图3a和3b示出的场景为例，可以将表2对应的初始应力谱块进行随机排序，得到目标应力谱块可以参见下述表3：
表3目标应力谱块
Figure BDA0002353738200000122
Figure BDA0002353738200000131
其中，将初始应力谱块中的第12级应力中的应力幅值15.77Mpa和发生频次9163，排序到第1个施加的应力中的应力幅值和发生频次；将初始应力谱块中的第11级应力中的应力幅值18.47MPa和发生频次6090，排序到第2个施加的应力中的应力幅值和发生频次；将初始应力谱块中的第16级应力中的应力幅值4.97MPa和发生频次13443，排序到第3个施加的应力中的应力幅值和发生频次；以此类推，将初始应力谱块中的16级应力中的应力幅值和发生频次，排序到目标应力谱块中。
可以理解的是，由于该目标应力谱块中的各应力幅值对应的施加序号是随机排序确定的，所以，使得按照该目标应力谱块中的顺序施加应力幅值对应的应力，更加贴合应力发生的实际情况，避免了应力谱原始编排的有序性导致与实际发生应力的随机性不符，从而影响确定出金属结构真实的疲劳裂纹扩展寿命的准确性的问题，为基于应力谱准确的确定金属结构的疲劳裂纹扩展寿命提供了数据基础。
步骤203，按照目标应力谱块中的施加序号的顺序，为金属结构施加对应的应力，确定金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，该金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
可以理解的是，可以按照目标应力谱块中的施加序号，为金属结构施加对应应力幅值的应力，计算并确定金属结构的疲劳裂纹寿命。
需要说明的是，在步骤203之前，还可以确定出裂纹的初始长度。作为一个示例，可以根据磁粉探伤检测精度及大量类似金属结构的解剖分析，确定其初始长度a0＝0.5毫米。此外，还可以确定出裂纹的临界长度，临界长度具体可以是根据净截面失效判据方法，在该金属结构上裂纹的纹面面积达到该金属结构完整截面面积的预设阈值时，或者，在该金属结构上裂纹的扩展长度达到该金属结构总厚度的预设阈值时，该金属结构上该裂纹的深度，其中，预设阈值具体可以是1/2或1/3。作为一个示例，可以采用裂纹扩展至其总厚度的1/2时的深度为临界长度af，如：图3a和图3b所示的场景中，即af＝(1/2)*t＝4毫米。这样，当金属结构所在设备时，其上裂纹从0.5毫米扩展为4毫米的过程中表示该设备运行的里程，被确定为该金属结构的疲劳裂纹扩展寿命。
在一些具体的实现方式中，如图4所示，步骤203中按照目标应力谱块中的施加顺序，为金属结构施加对应的应力，确定金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，具体可以包括：
步骤2031，按照目标应力谱块中的施加序号的顺序，为金属结构施加对应的应力，得到金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，第一扩展长度为在初始长度上累加第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度。
步骤2032，判断第一扩展长度是否小于临界长度，若是，则返回执行步骤2031，否则，执行步骤2033。
步骤2033，获得目标次数，目标次数为执行按照目标应力谱块中的施加序号的顺序，为金属结构施加对应的应力，得到金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数。
步骤2034，基于目标次数和第二里程，计算金属结构的疲劳裂纹扩展寿命。
可以理解的是，以目标应力谱块为单位，执行步骤2031，每执行一次步骤2031，均可以得出该次施加目标应力谱块中的应力后，该金属结构的第一扩展长度。第一扩展长度，为经过该次施加目标应力谱块中的应力后，该金属结构上裂纹扩展到的长度。
具体实现时，在每次执行完步骤2031后，可以将得到的第一扩展长度和临界长度进行比较，当确定第一扩展长度小于临界长度时，可以视作该金属结构上虽然有裂纹，但是仍然可以安全的被使用，那么，在返回步骤2031，执行下一次步骤2031，即，再一次为金属结构施加目标应力谱块中的应力，得到第一扩展长度，依次往复，直至确定第一扩展长度大于或等于临界长度，此时，可以将在该金属结构上施加目标应力谱块中应力的次数作为目标次数，基于该目标次数和第二里程，确定金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，例如：将目标次数和第二里程的乘积，作为疲劳裂纹扩展寿命。
举例来说，假设对金属结构施加了表3所示的目标应力谱块300次，金属结构的裂纹才从0.5毫米扩展到临界长度4毫米，那么，该金属结构的疲劳裂纹扩展寿命＝目标次数300*第二里程100千米＝3万千米。
需要说明的是，本申请实施例中确定的疲劳裂纹扩展寿命，是以目标应力谱块为单位，反复执行步骤2031确定的，所以，当目标应力谱块对应的第二里程较长时，容易导致所确定的疲劳裂纹扩展寿命的误差变大。
例如：假设金属结构的实际寿命为44500千米，如果目标应力谱块对应的第二里程为1000千米，则按照本申请实施例提供的方法，在第50次执行步骤2031后，才满足第一扩展长度大于或等于临界长度这一条件，确定出的疲劳裂纹扩展寿命为1000千米*50＝50000千米；如果目标应力谱块对应的第二里程为200千米，则按照本申请实施例提供的方法，在第223次执行步骤2031后，满足第一扩展长度大于或等于临界长度这一条件，确定出的疲劳裂纹扩展寿命为200千米*223＝44600千米，可见，目标应力谱块中的第二里程越小，确定出的疲劳裂纹扩展寿命和实际情况下的实际寿命之间的误差越小。
但是，为了获取到的线路实测应力谱包括更加丰富的信息，使得确定的疲劳裂纹扩展寿命更加准确，可以获取里程较长的线路实测应力谱，通过S11和S12中的方法在里程和发生次数上进行等比例压缩，既满足了长里程的线路实测应力谱提供丰富信息的特点，又可以满足确定过程中短里程的目标应力谱块确定的疲劳裂纹扩展寿命误差较小的优势。
作为一个示例，步骤2031的一种可能的实现方式，参见图5所示，具体可以包括：
步骤501，按照目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为金属结构施加对应的应力，得到第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围。
其中，i表示目标应力谱块中第三应力关系的组别，i可以从1开始增加到N，N表示目标应力谱块中第三应力关系的组的数量。参见表3所示的目标应力谱块，N＝16，i＝1、2、……、N，可以按照i从1到16的顺序依次施加对应应力幅值的应力。此外，本申请实施例也可以按照i从16到1的顺序依次施加对应应力幅值的应力。
这样，针对目标应力谱块中的每个应力幅值，施加在金属结构上，通过有限元法(如：Abaqus、Zencrack等软件)或者解析法(如：应力场强度因子手册)，进行应力场强度因子范围的计算，得到对应的应力场强度因子范围。
步骤502，判断第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围是否大于应力场强度因子阈值，若是，则执行步骤503及其之后的步骤，否则，执行步骤504。
其中，应力场强度因子阈值为从金属结构材料的疲劳裂纹扩展速率试验中获得的，该应力场强度因子阈值由金属结构的材料确定，材料确定后，其应力场强度因子阈值基本确定。
可以理解的是，当计算出的应力场强度因子范围大于应力场强度因子阈值，则，认为该次在该金属结构上施加该应力幅值会导致该金属结构上的裂纹发生扩展，此时，可以基于步骤503计算由于该应力幅值导致的扩展增量长度，并将其累加到上一次施加其他应力得到的第二扩展长度上。当计算出的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，认为该次在该金属结构上施加该应力幅值不会导致该金属结构上的裂纹发生扩展，此时，将下一个施加序号对应的应力幅值施加到该金属结构上，继续执行上述过程。
步骤503，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算金属结构的疲劳裂纹的在第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和扩展增量长度计算第i组第三应力关系下的第二扩展长度。
可以理解的是，近门槛区的疲劳裂纹扩展方程例如可以是Hartman-Schijve方程或者Nasgro方程等。
具体实现时，该步骤503中根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算金属结构的疲劳裂纹的在第i组第三应力关系下的扩展增量长度的过程，具体可以包括：S21，基于第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；S22，根据裂纹扩展速率和第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定金属结构的疲劳裂纹的在第i组第三应力关系下的扩展增量长度。其中，可以基于应力场强度因子范围和Hartman-Schijve方程或者Nasgro方程，计算出裂纹扩展速率，接着，可以根据该裂纹扩展速率以及该应力幅值对应的发生频次，计算出裂纹增量长度。
本申请实施例还可以将该次导致该金属结构上的裂纹发生扩展时计算出的扩展增量长度，增加到前一次导致该金属结构上的裂纹发生扩展后的第二扩展长度上，得到该次导致该金属结构上的裂纹发生扩展的第二扩展长度。
举例来说，假设初始长度a0＝0.5毫米时，计算获得应力场强度因子范围ΔK，与疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth＝2Mpa*m1/2比较，若ΔK<ΔKth，则确定该应力导致裂纹扩展，否则，认为该应力不造成裂纹扩展。以表3所示的目标应力谱块为例，施加序号为1的应力幅值15.77MPa的应力，计算得到的ΔK＝1.2Mpa*m1/2，小于ΔKth，确定该应力不造成该金属结构上裂纹的扩展；同理，施加序号为2的应力幅值18.47MPa的应力，计算得到的ΔK＝1.4Mpa*m1/2，小于ΔKth，确定该应力不造成该金属结构上裂纹的扩展；施加序号为3的应力幅值4.97MPa的应力，计算得到的ΔK＝0.38Mpa*m1/2，小于ΔKth，确定该应力不造成该金属结构上裂纹的扩展；施加序号为4的应力幅值31.96MPa的应力，计算得到的ΔK＝2.42Mpa*m1/2，大于ΔKth，确定该应力导致该金属结构上裂纹的扩展，此时，可以基于发生频次516，计算出对应的增量长度Δa＝6.5×10-5毫米，从而可以计算出当前的第二扩展长度a＝a0+Δa＝0.5+6.5×10-5毫米。
步骤504，将i的数值加1。
步骤505，判断i是否大于N，若是，则执行步骤506，否则，执行步骤501。
可以理解的是，当i大于N，表示以目标应力谱块为单位，对金属结构施加一次应力的过程结束，即，对金属结构施加了以便目标应力谱块中包括的所有应力幅值，此时，可以统计出此次施加目标应力谱块后该金属结构的第一扩展长度；当i不大于N，表示以目标应力谱块为单位，对金属结构施加一次应力的过程还未结束，此时，对金属结构进行施加序号数值等于i+1对应的应力幅值的施加，即，返回执行步骤501及其后续步骤。
步骤506，将第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
举例来说，假设按照步骤503对应的举例中的步骤，依次类推，直到计算出施加序号为16的应力幅值7.67MPa的应力后，得到第二扩展长度a可以为0.5051毫米，此时，将第二扩展长度确定为第一扩展长度，即，第一扩展长度a＝0.5051毫米。如此，可以执行步骤2032中的判断步骤，该第一扩展长度a小于临界长度af，则返回继续执行步骤2031，如此往复直至第一扩展长度a达到临界长度af，获得在该金属结构上施加目标应力谱块的目标次数，从而基于步骤2033～步骤2034，计算金属结构的疲劳裂纹扩展寿命。
可见，基于本申请实施例提供的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法，在基于应力谱确定金属结构的疲劳裂纹寿命时，考虑了实际应力发生的随机性，将实测的应力谱进行随机排序，使之更加符合应力发生的实际情况，避免了应力谱原始编排的有序性导致与实际发生应力的随机性不符，导致无法准确的确定出金属结构真实的疲劳裂纹扩展寿命的问题，在线路实测的应力谱的基础上能够准确的确定出金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该金属结构的设备的可靠性。
为了让本申请实施例提供的疲劳裂纹扩展寿命的确定方法更加清楚，下面示例性的简要对本申请实施例提供的方法的一示例进行介绍。
图6示出了本申请实施例提供的疲劳裂纹扩展寿命的确定方法的一示例的流程示意图，参见图6，该方法例如可以包括：
步骤601，获得初始裂纹长度a0、裂纹临界长度af和12650千米的线路实测应力谱；
步骤602，采用雨流计数法将12650千米的线路实测应力谱划分为16个应力等级，并将其等比例压缩为100千米的初始应力谱；
步骤603，将100千米的初始应力谱进行随机排序，得到100千米的目标应力谱块；
步骤604，第j次向金属结构施加目标应力谱块中的应力；
步骤605，为金属结构施加序号为i的应力幅值，得到第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围ΔK(j，i)；
步骤606，判断ΔK(j，i)是否大于ΔKth，若是，则执行步骤607，否则，执行步骤610；
步骤607，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算金属结构上ΔK(j，i)对应的裂纹扩展速率da/dN；
步骤608，根据裂纹扩展速率da/dN计算扩展增量长度Δa；
步骤609，计算第二扩展长度为a＝a+Δa，其中，等号左边的a表示ΔK(j，i)对应的第二扩展长度，等号右边的a表示ΔK(j，i-1)对应的第二扩展长度；
步骤610，i＝i+1；
步骤611，判断i是否小于或等于16，若是，则执行步骤605，否则，执行步骤612；
步骤612，判断a是否小于af，若是，则，执行步骤613；否则，执行步骤614；
步骤613，j＝j+1，并返回执行步骤604；
步骤614，基于j和目标应力谱块对应的里程100千米，得到疲劳裂纹扩展寿命为j*100千米。
如此，基于本申请实施例提供的该示例，考虑了实际应力发生的随机性，将实测的应力谱进行随机排序，使之更加贴合应力发生的实际情况，在线路实测的应力谱的基础上能够准确的确定出金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，从而提高使用该金属结构的设备的可靠性。
相应的，本申请实施例还提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定装置700，如图7所示，该装置700包括：
处理单元701，用于对金属结构的第一里程的线路实测应力谱进行处理，得到第二里程的初始应力谱块，所述初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组所述第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系；
排序单元702，用于对所述初始应力谱块中的多组所述第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；
施加应力单元703，用于按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征所述金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
可选地，所述处理单元701，包括：
划分子单元，用于将所述线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到所述第一里程的多级应力谱，所述多级应力谱包括多组第二应力关系，每组所述第二应力关系为所述应力等级、所述应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；
转换子单元，用于将所述多级应力谱按照预设比例进行转换，得到所述初始应力谱块，每组所述第一应力关系中的所述第一发生频次和所述第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的所述第二发生频次之间满足所述预设比例；所述第二里程和所述第一里程满足所述预设比例。
可选地，所述预设算法为雨流计数法。
可选地，所述目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组所述第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，则，所述施加应力单元703，包括：
第一施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，所述第一扩展长度为在初始长度上累加所述第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度；
第二施加应力子单元，用于若所述第一扩展长度小于所述临界长度，则，再次执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度；
获取子单元，用于若所述第一扩展长度大于或等于所述临界长度，则，获得目标次数，所述目标次数为执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数；
计算子单元，用于基于所述目标次数和所述第二里程，计算所述金属结构的所述疲劳裂纹扩展寿命。
可选地，所述第一施加应力子单元，包括：
第三施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组所述第三应力关系对应的应力场强度因子范围，其中，所述i表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组别，所述i从1开始增加到N，所述N表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组的数量；
累加子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，将所述i的数值加1，所述应力场强度因子阈值为从所述金属结构的裂纹扩展曲线中获得的；
第二计算子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围大于所述应力场强度因子阈值，则，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和所述扩展增量长度计算所述第i组第三应力关系下的第二扩展长度；而且，将所述i的数值加1；
第四施加应力子单元，用于当所述i小于或等于所述N，则，返回执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围；
第一确定子单元，用于当所述i大于所述N，则，将所述第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
可选地，所述第二计算子单元，包括：
第三计算子单元，用于基于所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据所述近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；
第二确定子单元，用于根据所述裂纹扩展速率和所述第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度。
上述描述为一种疲劳裂纹扩展寿命的确定装置700的相关描述，其中，具体实现方式以及达到的效果，可以前述的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法实施例的描述，这里不再赘述。
此外，本申请实施例还提供了一种疲劳裂纹扩展寿命的确定设备800，参见图8，所述设,800包括处理器801以及存储器802：
所述存储器802用于存储计算机程序；
所述处理器801用于根据所述计算机程序执行上述的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法。
另外，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行上述的一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法。
本申请实施例中提到的“第一应力关系”、“第一里程”等名称中的“第一”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一。该规则同样适用于“第二”等。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例和设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法，其特征在于，包括：
将金属结构的第一里程的线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到所述第一里程的多级应力谱，所述多级应力谱包括多组第二应力关系，每组所述第二应力关系为所述应力等级、所述应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；
将所述多级应力谱按照预设比例进行转换，得到第二里程的初始应力谱块，所述初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组所述第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系，每组所述第一应力关系中的所述第一发生频次和所述第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的所述第二发生频次之间满足所述预设比例，所述第二里程和所述第一里程满足所述预设比例；
对所述初始应力谱块中的多组所述第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；
按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征所述金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设算法为雨流计数法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组所述第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，则，所述按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，包括：
按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，所述第一扩展长度为在初始长度上累加所述第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度；
若所述第一扩展长度小于所述临界长度，则，再次执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度；
若所述第一扩展长度大于或等于所述临界长度，则，获得目标次数，所述目标次数为执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数；
基于所述目标次数和所述第二里程，计算所述金属结构的所述疲劳裂纹扩展寿命。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，包括：
按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组所述第三应力关系对应的应力场强度因子范围，其中，所述i表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组别，所述i从1开始增加到N，所述N表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组的数量；
当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，将所述i的数值加1，所述应力场强度因子阈值为从所述金属结构材料的疲劳裂纹扩展曲线中获得的；
当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围大于所述应力场强度因子阈值，则，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和所述扩展增量长度计算所述第i组第三应力关系下的第二扩展长度；而且，将所述i的数值加1；
当所述i小于或等于所述N，则，返回执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围；
当所述i大于所述N，则，将所述第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，包括：
基于所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据所述近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；
根据所述裂纹扩展速率和所述第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度。
6.一种疲劳裂纹扩展寿命的确定装置，其特征在于，包括：
处理单元，用于将金属结构的第一里程的线路实测应力谱采用预设算法进行等级划分，得到所述第一里程的多级应力谱，所述多级应力谱包括多组第二应力关系，每组所述第二应力关系为所述应力等级、所述应力幅值和第二发生频次之间的对应关系；并且，将所述多级应力谱按照预设比例进行转换，得到第二里程的初始应力谱块，所述初始应力谱块包括多组第一应力关系，每组所述第一应力关系为应力等级、应力幅值和第一发生频次之间的对应关系，每组所述第一应力关系中的所述第一发生频次和所述第二应力关系中与该第一应力关系对应的应力关系中的所述第二发生频次之间满足所述预设比例，所述第二里程和所述第一里程满足所述预设比例；
排序单元，用于对所述初始应力谱块中的多组所述第一应力关系进行随机排序，得到目标应力谱块；
施加应力单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加顺序，为所述金属结构施加对应的应力，确定所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命，所述金属结构的疲劳裂纹扩展寿命用于表征所述金属结构上的裂纹扩展到临界长度时的工作里程。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设算法为雨流计数法。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标应力谱块中包括多组第三应力关系，每组所述第三应力关系为施加序号、应力幅值和第三发生频次之间的对应关系，则，所述施加应力单元，包括：
第一施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度，所述第一扩展长度为在初始长度上累加所述第三应力关系中应力作用下的扩展增量长度；
第二施加应力子单元，用于若所述第一扩展长度小于所述临界长度，则，再次执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度；
获取子单元，用于若所述第一扩展长度大于或等于所述临界长度，则，获得目标次数，所述目标次数为执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度的次数；
计算子单元，用于基于所述目标次数和所述第二里程，计算所述金属结构的所述疲劳裂纹扩展寿命。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一施加应力子单元，包括：
第三施加应力子单元，用于按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组所述第三应力关系对应的应力场强度因子范围，其中，所述i表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组别，所述i从1开始增加到N，所述N表示所述目标应力谱块中所述第三应力关系的组的数量；
累加子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围小于或等于应力场强度因子阈值，则，将所述i的数值加1，所述应力场强度因子阈值为从所述金属结构材料的疲劳裂纹扩展曲线中获得的；
第二计算子单元，用于当所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围大于所述应力场强度因子阈值，则，根据近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度，并基于第i-1组第三应力关系下的第二扩展长度和所述扩展增量长度计算所述第i组第三应力关系下的第二扩展长度；而且，将所述i的数值加1；
第四施加应力子单元，用于当所述i小于或等于所述N，则，返回执行所述按照所述目标应力谱块中的施加序号的顺序，针对第i组第三应力关系，为所述金属结构施加对应的应力，得到所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围；
第一确定子单元，用于当所述i大于所述N，则，将所述第N组第三应力关系下的第二扩展长度确定为所述金属结构的疲劳裂纹的第一扩展长度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二计算子单元，包括：
第三计算子单元，用于基于所述第i组第三应力关系对应的应力场强度因子范围，根据所述近门槛区的疲劳裂纹扩展方程，计算所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的裂纹扩展速率；
第二确定子单元，用于根据所述裂纹扩展速率和所述第i组第三应力关系中的第三发生频次，确定所述金属结构的疲劳裂纹的在所述第i组第三应力关系下的扩展增量长度。
11.一种疲劳裂纹扩展寿命的确定设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于根据所述计算机程序执行权利要求1～5任意一项所述的方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1～5任意一项所述的方法。
CN202010001717.3A 2020-01-02 2020-01-02 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备 Active CN110907271B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010001717.3A CN110907271B (zh) 2020-01-02 2020-01-02 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010001717.3A CN110907271B (zh) 2020-01-02 2020-01-02 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110907271A CN110907271A (zh) 2020-03-24
CN110907271B true CN110907271B (zh) 2022-06-14

Family

ID=69814208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010001717.3A Active CN110907271B (zh) 2020-01-02 2020-01-02 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110907271B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111474044B (zh) * 2020-04-24 2021-03-19 南京航空航天大学 一种考虑多级疲劳损伤的编织陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线的预测方法
CN116776587B (zh) * 2023-06-15 2024-07-05 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 核电汽轮机全寿期应力腐蚀与疲劳安全性监控平台和方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102221473A (zh) * 2010-04-14 2011-10-19 广州市特种机电设备检测研究院 一种起重机主金属结构剩余疲劳寿命的估算方法
JP5356438B2 (ja) * 2011-03-04 2013-12-04 株式会社日本製鋼所 高圧水素環境下の疲労き裂寿命判定方法
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
CN104792633B (zh) * 2015-04-17 2017-09-29 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种飞机机体裂纹扩展寿命预测方法
CN107525725B (zh) * 2017-07-14 2020-10-16 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种轨道车辆用铝合金的疲劳寿命检测方法及系统
CN109781557B (zh) * 2019-03-06 2021-08-13 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 列车车体焊接组件的焊缝疲劳测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110907271A (zh) 2020-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110907271B (zh) 一种疲劳裂纹扩展寿命的确定方法、装置和设备
Li et al. An inspection-maintenance model for systems with multiple competing processes
CN110149237B (zh) 一种Hadoop平台计算节点负载预测方法
Blasón et al. A probabilistic analysis of Miner’s law for different loading conditions
RU2758181C1 (ru) Способ оценки динамической надежности в отношении неисправностей соединения срединного желоба скребкового конвейера
Shin et al. A practical method to estimate the stress concentration of notches
El Aghoury et al. A fatigue stress-life damage accumulation model for variable amplitude fatigue loading based on virtual target life
CN105488352B (zh) 基于长期挠度监测数据的混凝土桥梁刚度可靠度评估方法
CN113607580B (zh) 一种金属构件疲劳试验方法及剩余寿命预测方法
KR20170039906A (ko) 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법
CN104778354A (zh) 定期抽检型产品贮存寿命评估方法
KR20200060894A (ko) 시설물의 노후화 수준 평가 시스템
CN107657121B (zh) 基于腐蚀级别评定的飞机结构性能预测处理方法及系统
CN112949020A (zh) 增材钛合金的疲劳寿命的确定方法、系统、设备与介质
Kurek et al. Estimation of fatigue life of materials with out-of-parallel fatigue characteristics under block loading
Böhm et al. Strain-based multiaxial fatigue life evaluation using spectral method
JP6571552B2 (ja) 予測装置および予測方法
CN112464490A (zh) 增材钛合金的dfr确定方法
Souto et al. Fatigue Damage Tool (FDT)-A tool for fatigue damage assessment according to design codes
Schubnell et al. Numerical fatigue life analysis of a high frequency mechanical impact treated industrial component based on damage mechanics models: Numerische Lebensdauerprognose eines mittels Hochfrequenzhämmern behandelten industriellen Bauteils basierend auf schädigungsmechanischen Modellen
Long et al. The effects of SHM system parameters on the value of damage detection information
Milana et al. Fatigue life assessment methods: the case of ship unloaders
Zuccarello et al. A novel frequency domain method for predicting fatigue crack growth under wide band random loading
Gluzman et al. Classification of possible finite-time singularities by functional renormalization
KR101865270B1 (ko) 다양한 진동 스펙트럼 패턴에 대응 가능한 주파수 영역의 피로 손상도 계산방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant