CN111721647A - 一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法,包括以下步骤:S1:设置试件长度和试件直径;S2:计算试件截面面积和相对循环寿命百分比;S3:计算每次循环应力范围和每次循环应变范围;S4:计算每次应力幅值和每次应变幅值;S5:计算每次循环软化指数;S6:建立每次循环的滞回曲线;S7:完成低周疲劳测数据处理和内应力评估。本发明设计了低周疲劳数据的处理流程方法,解决了处理海量低周疲劳数据的计算问题,并在此基础上进行了低周疲劳内应力的计算提取,具有良好的兼容性和可移植性。
Description
技术领域
本发明属于低周疲劳技术领域,具体涉及一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法。
背景技术
低周疲劳是一种重要的应变疲劳,广泛存在于各种工程构件中,并且直接关系到构件失效行为。因此,低周疲劳是一种常见且重要的疲劳失效方式,必须对其进行深入研究和探索。低周疲劳测试是常见的研究方式之一,也是最重要的研究手段之一。通常情况下低周疲劳要持续测试到105循环周次,在每次循环测试中都会产生大量的测试数据,包括应变测试过程设备输出的各种变量,例如位移值、载荷值、能量值及循环寿命等。如何高效地处理低周测试数据并从中提取规律性分布就显得尤为重要。
此外,材料在发生低周疲劳时,其内应力和材料微观组织会发生一定的改变,并且内应力与微观组织存在一定关联,即微观组织的改变会影响内应力的分布,而内应力则是微观结构改变的直观表现。因此,通过内应力的评估就在一定程度上能反映材料微观结构的演化趋势,并进一步评估低周疲劳损伤失效与寿命问题。而目前针对低周疲劳内应力的评估缺乏行之有效的流程和手段方法,严重影响其在工程中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决评估低周疲劳内应力的问题,提出了一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法。
本发明的技术方案是:一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法包括以下步骤:
S1:根据低周疲劳测试数据与内应力处理范围设置试件长度和试件直径;
S2:根据试件长度和试件直径计算试件截面面积,并根据试件循环寿命计算相对循环寿命百分比;
S3:根据试件截面面积计算每次循环应力范围,根据试件长度计算每次循环应变范围;
S4:根据每次循环应力范围计算每次应力幅值,并根据每次循环应变范围计算每次应变幅值;
S5:根据每次循环应力范围和每次应力幅值计算每次循环软化指数;
S6:以每次应变幅值为横坐标,以每次应力幅值为纵坐标,建立每次循环的滞回曲线;
S7:利用相对循环寿命百分比、每次循环的滞回曲线和每次循环软化指数,完成低周疲劳测数据处理和内应力评估。
进一步地,步骤S2中,试件截面面积A的计算公式为:
A=3.14*R2
其中,R表示试件半径;
相对循环寿命百分比n的计算公式为:
其中,Ni表示试件单次循环寿命,N表示试件总疲劳寿命。
进一步地,步骤S3中,每次循环应力范围Δσ的计算公式为:
其中,Fu表示低周疲劳测试设备的上端载荷值,Fd表示低周疲劳测试设备的下端载荷值,A表示试件截面面积;
每次循环应变范围Δε的计算公式为:
其中,Su表示低周疲劳测试设备的上端位移值,Sd表示低周疲劳测试设备的下端位移值,L表示试件长度。
进一步地,步骤S4中,每次应力幅值Δσa的计算公式为:
其中,Δσ表示每次循环应力范围;
每次应变幅值Δεa的计算公式为:
其中,Δε表示每次循环应变范围。
进一步地,步骤S5中,每次循环软化指数SF的计算公式为:
其中,Δσ表示每次循环应力范围,ΔσN1/2表示每次应变幅值Δεa的50%寿命的应力幅值。
进一步地,步骤S7中,低周疲劳测试数据处理包括以下子步骤:
A71:对每个滞回曲线上的所有数据点进行塑性应变计算,得到对应的塑性应变幅值;
A72:采用迭代算法遍寻每个滞回曲线上的所有数据点,记录应力发生符号变化时的塑性应变幅值,并得到塑性应变范围;
A73:根据每次循环应变范围和塑性应变范围计算弹性应变范围,并得到弹性应变幅值;
A74:根据塑性应变幅值和弹性应变幅值计算循环应变比率;
A75:将每次循环应力范围、每次应力幅值、每次循环应变范围、每次应变幅值、每次循环软化指数、塑性应变幅值和循环应变比率按照循环寿命百分比进行排列规划,完成低周疲劳数据处理。
其中,Δε表示每次循环应变范围,Δεe表示弹性应变,Δεi表示第i个循环对应的总应变,Δεi+1表示第i+1个循环对应的总应变,Δσ表示每次循环应力范围,Δσi表示第i个循环对应的应力范围,Δσi+1表示第i+1个循环对应的应力范围,i的取值范围为无穷大;
步骤A74中,循环应变比率SRi的计算公式为:
进一步地,步骤S7中,内应力评估包括以下子步骤:
B71:利用遍寻算法得到每个滞回曲线上的正向最高点位置,并提取对应的第一应力幅值和第一应变幅值;利用遍寻算法和大小比对算法得到每个滞回曲线上的正向最低点位置,并提取对应的第二应力幅值和第二应变幅值;
B72:利用线性关系对正向最高点位置和正向最低点位置进行曲线拟合,并得到拟合应力值;
B73:遍寻拟合应力值分别与每个滞回曲线上的最大应力幅值和最小应力幅值之差,分别得到每次循环的第一差值和每次循环的第二差值;
B74:设置最小误差值,判断每次循环的第一差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B75,否则返回步骤B73;
B75:判断每次循环的第二差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B76,否则返回步骤B73;
B76:比较每次循环的第一差值和每次循环的第二差值的数值大小,将较大值设置为每次循环的最大应力值,将较小值设置为每次循环的最小应力值;
B77:根据每次循环对应的最大应力值和每次循环对应的最小应力值计算每次循环的背应力值、每次循环的等效力值和每次循环的粘性应力值,完成内应力评估。
进一步地,步骤B77中,每次循环的背应力值σback的计算公式为:
每次循环的等效力值σiso的计算公式为:
每次循环的粘性应力值σvis的计算公式为:
其中,σu表示低周疲劳测试设备的上端应力值,即每次循环对应的最大应力值,σd表示低周疲劳测试设备的下端应力值,即每次循环对应的最小应力值,L表示试件长度。
本发明的有益效果是:
(1)本发明设计了低周疲劳数据的处理流程方法,解决了处理海量低周疲劳数据的计算问题,并在此基础上进行了低周疲劳内应力的计算提取,具有良好的兼容性和可移植性。
(2)本发明为研究材料低周疲劳数据处理与内应力计算提取和评估提供了重要的算法指导和技术支撑,具有重要的科学意义和工程应用价值;同时也为内应力的计算评估提供了高效可靠的技术路线。
(3)通过本发明的方法可以有效地提高低周疲劳数据处理能力,提高研究效率,并获得内应力计算提取与评估模型算法。
附图说明
图1为低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法的流程图;
图2为内应力评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示,本发明提供了一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法,包括以下步骤:
S1:根据低周疲劳测试数据与内应力处理范围设置试件长度和试件直径
S2:根据试件长度和试件直径计算试件截面面积,并根据试件循环寿命计算相对循环寿命百分比;
S3:根据试件截面面积计算每次循环应力范围,根据试件长度计算每次循环应变范围;
S4:根据每次循环应力范围计算每次应力幅值,并根据每次循环应变范围计算每次应变幅值;
S5:根据每次循环应力范围和每次应力幅值计算每次循环软化指数;
S6:以每次应变幅值为横坐标,以每次应力幅值为纵坐标,建立每次循环的滞回曲线;
S7:利用相对循环寿命百分比、每次循环的滞回曲线和每次循环软化指数,完成低周疲劳测数据处理和内应力评估。
在本发明实施例中,如图1所示,步骤S2中,试件截面面积A的计算公式为:
A=3.14*R2
其中,R表示试件半径;
相对循环寿命百分比n的计算公式为:
其中,Ni表示试件单次循环寿命,N表示试件总疲劳寿命。
在本发明实施例中,如图1所示,步骤S3中,每次循环应力范围Δσ的计算公式为:
其中,Fu表示低周疲劳测试设备的上端载荷值,Fd表示低周疲劳测试设备的下端载荷值,A表示试件截面面积;
每次循环应变范围Δε的计算公式为:
其中,Su表示低周疲劳测试设备的上端位移值,Sd表示低周疲劳测试设备的下端位移值,L表示试件长度。
在本发明实施例中,如图1所示,步骤S4中,每次应力幅值Δσa的计算公式为:
其中,Δσ表示每次循环应力范围;
每次应变幅值Δεa的计算公式为:
其中,Δε表示每次循环应变范围。
在本发明实施例中,如图1所示,步骤S5中,每次循环软化指数SF的计算公式为:
在本发明实施例中,如图1所示,步骤S7中,低周疲劳测试数据处理包括以下子步骤:
A71:对每个滞回曲线上的所有数据点进行塑性应变计算,得到对应的塑性应变幅值;
A72:采用迭代算法遍寻每个滞回曲线上的所有数据点,记录应力发生符号变化时的塑性应变幅值,并得到塑性应变范围;
A73:根据每次循环应变范围和塑性应变范围计算弹性应变范围,并得到弹性应变幅值;
A74:根据塑性应变幅值和弹性应变幅值计算循环应变比率;
A75:将每次循环应力范围、每次应力幅值、每次循环应变范围、每次应变幅值、每次循环软化指数、塑性应变幅值和循环应变比率按照循环寿命百分比进行排列规划,完成低周疲劳数据处理。
在本发明实施例中,如图1所示,步骤A72中,塑性应变幅值Δεi p的计算公式为:
其中,Δε表示每次循环应变范围,Δεe表示弹性应变,Δεi表示第i个循环对应的总应变,Δεi+1表示第i+1个循环对应的总应变,Δσ表示每次循环应力范围,Δσi表示第i个循环对应的应力范围,Δσi+1表示第i+1个循环对应的应力范围,i的取值范围为无穷大;
步骤A74中,循环应变比率SRi的计算公式为:
在本发明实施例中,如图2所示,步骤S7中,内应力评估包括以下子步骤:
B71:利用遍寻算法得到每个滞回曲线上的正向最高点位置,并提取对应的第一应力幅值和第一应变幅值;利用遍寻算法和大小比对算法得到每个滞回曲线上的正向最低点位置,并提取对应的第二应力幅值和第二应变幅值;
B72:利用线性关系对正向最高点位置和正向最低点位置进行曲线拟合,并得到拟合应力值;
B73:遍寻拟合应力值分别与每个滞回曲线上的最大应力幅值和最小应力幅值之差,分别得到每次循环的第一差值和每次循环的第二差值;
B74:设置最小误差值,判断每次循环的第一差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B75,否则返回步骤B73;
B75:判断每次循环的第二差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B76,否则返回步骤B73;
B76:比较每次循环的第一差值和每次循环的第二差值的数值大小,将较大值设置为每次循环的最大应力值,将较小值设置为每次循环的最小应力值;
B77:根据每次循环对应的最大应力值和每次循环对应的最小应力值计算每次循环的背应力值、每次循环的等效力值和每次循环的粘性应力值,完成内应力评估。
在本发明实施例中,如图2所示,步骤B77中,每次循环的背应力值σback的计算公式为:
每次循环的等效力值σiso的计算公式为:
每次循环的粘性应力值σvis的计算公式为:
其中,σu表示低周疲劳测试设备的上端应力值,即每次循环对应的最大应力值,σd表示低周疲劳测试设备的下端应力值,即每次循环对应的最小应力值,L表示试件长度。
本发明的工作原理及过程为:本发明根据每次循环应力范围、每次循环应力幅值、每次循环应变范围和每次循环应变幅值构建每次循环滞回曲线;再根据每次循环滞回曲线构建低周疲劳数据处理算法,实现低周疲劳数据提取与计算;然后建立低周疲劳内应力评估算法,实现低周测试数据相关内应力计算提取与评估。
本发明的有益效果为:
(1)本发明设计了低周疲劳数据的处理流程方法,解决了处理海量低周疲劳数据的计算问题,并在此基础上进行了低周疲劳内应力的计算提取,具有良好的兼容性和可移植性。
(2)本发明为研究材料低周疲劳数据处理与内应力计算提取和评估提供了重要的算法指导和技术支撑,具有重要的科学意义和工程应用价值;同时也为内应力的计算评估提供了高效可靠的技术路线。
(3)通过本发明的方法可以有效地提高低周疲劳数据处理能力,提高研究效率,并获得内应力计算提取与评估模型算法。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据低周疲劳测试数据与内应力处理范围设置试件长度和试件直径;
S2:根据试件长度和试件直径计算试件截面面积,并根据试件循环寿命计算相对循环寿命百分比;
S3:根据试件截面面积计算每次循环应力范围,根据试件长度计算每次循环应变范围;
S4:根据每次循环应力范围计算每次应力幅值,并根据每次循环应变范围计算每次应变幅值;
S5:根据每次循环应力范围和每次应力幅值计算每次循环软化指数;
S6:以每次应变幅值为横坐标,以每次应力幅值为纵坐标,建立每次循环的滞回曲线;
S7:利用相对循环寿命百分比、每次循环的滞回曲线和每次循环软化指数,完成低周疲劳测数据处理和内应力评估。
6.根据权利要求1所述的低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法,其特征在于,所述步骤S7中,低周疲劳测试数据处理包括以下子步骤:
A71:对每个滞回曲线上的所有数据点进行塑性应变计算,得到对应的塑性应变幅值;
A72:采用迭代算法遍寻每个滞回曲线上的所有数据点,记录应力发生符号变化时的塑性应变幅值,并得到塑性应变范围;
A73:根据每次循环应变范围和塑性应变范围计算弹性应变范围,并得到弹性应变幅值;
A74:根据塑性应变幅值和弹性应变幅值计算循环应变比率;
A75:将每次循环应力范围、每次应力幅值、每次循环应变范围、每次应变幅值、每次循环软化指数、塑性应变幅值和循环应变比率按照循环寿命百分比进行排列规划,完成低周疲劳数据处理。
其中,Δε表示每次循环应变范围,Δεe表示弹性应变,Δεi表示第i个循环对应的总应变,Δεi+1表示第i+1个循环对应的总应变,Δσ表示每次循环应力范围,Δσi表示第i个循环对应的应力范围,Δσi+1表示第i+1个循环对应的应力范围,i的取值范围为无穷大;
所述步骤A74中,循环应变比率SRi的计算公式为:
8.根据权利要求1所述的低周疲劳测试数据处理与内应力评估方法,其特征在于,所述步骤S7中,内应力评估包括以下子步骤:
B71:利用遍寻算法得到每个滞回曲线上的正向最高点位置,并提取对应的第一应力幅值和第一应变幅值;利用遍寻算法和大小比对算法得到每个滞回曲线上的正向最低点位置,并提取对应的第二应力幅值和第二应变幅值;
B72:利用线性关系对正向最高点位置和正向最低点位置进行曲线拟合,并得到拟合应力值;
B73:遍寻拟合应力值分别与每个滞回曲线上的最大应力幅值和最小应力幅值之差,分别得到每次循环的第一差值和每次循环的第二差值;
B74:设置最小误差值,判断每次循环的第一差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B75,否则返回步骤B73;
B75:判断每次循环的第二差值是否小于最小误差值,若是则进入步骤B76,否则返回步骤B73;
B76:比较每次循环的第一差值和每次循环的第二差值的数值大小,将较大值设置为每次循环的最大应力值,将较小值设置为每次循环的最小应力值;
B77:根据每次循环对应的最大应力值和每次循环对应的最小应力值计算每次循环的背应力值、每次循环的等效力值和每次循环的粘性应力值,完成内应力评估。
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