CN111737861B - 基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，包括：获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限；根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布；根据所述当量初始裂纹长度的数值或分布，以及试件的临界裂纹长度，获得所述试件的疲劳总寿命；根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度；获取所述试件在不确定损伤映射下裂纹长度的对应关系；根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。该方法较为简单、成本较低。增加了结构构件安全运行的可靠性。

Description

基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法

技术领域

本公开涉及疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法。

背景技术

疲劳断裂是构件在远低于材料的抗拉强度或临界应力变动载荷的长期作用下，由于在构件中产生累积损伤在其中产生裂纹及裂纹发生扩展而导致构件发生断裂现象。

一直以来，疲劳断裂是大多数工程技术人员和设计人员所关注的重要问题。在工程设计中，能够准确预测结构的疲劳断裂问题是准确预测结构安全寿命的重要保障。如今，随着科学技术的发展，根据极限寿命乘以相关系数得到的安全寿命，在实际应用中已不能满足要求，在工程上曾不止一次地发生结构在其安全期内，却发生断裂的安全事故，因此，引入了损伤容限和基于概率分布的损伤容限技术。损伤容限与疲劳安全寿命不同，损伤容限承认结构中存在着一定程度的未被发现的初始缺陷，然后通过损伤容限特性分析与试验，对可检结构给出检修周期，以确保结构由足够的剩余强度，对不可检结构给出最大允许初始损伤，以确保在给定的使用寿命期限内，不至于由于未被发现的损伤导致灾难性的事故。然而，目前考虑各种不确定因素的概率特性而建立的能准确地描述结构的剩余强度与裂纹扩展规律的可靠性、以及指定结构的扩展寿命和检查周期的方法并没有完全形成。

因此，需要建立一种既能准确预测结构寿命，又能保证结构构件安全运行的方法。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，以建立一种既能够准确预测结构寿命，又能保证结构构件安全运行的方法。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，包括：

获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限；

根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布；

根据所述当量初始裂纹长度的数值或分布，以及试件的临界裂纹长度，获得所述试件的疲劳总寿命；

根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度；

获取所述试件在不确定损伤映射下裂纹长度的对应关系；

根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

在本公开的示例性实施例中，获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限包括：对所述试件进行疲劳试验，获得所述试件的

曲线曲线和S-N曲线；根据所述

曲线获得所述应力强度因子门槛值；根据所述S-N曲线获得所述疲劳极限。

在本公开的示例性实施例中，所述当量初始裂纹长度满足如下第一关系式：

式中，a_EIFS为所述当量初始裂纹长度；Y(a)为几何校正参数；σ_f为所述试件的疲劳极限；ΔK_th为所述试件的应力强度因子的门槛值；根据所述应力强度因子门槛值的具体数值和所述疲劳极限的具体数值，获得所述当量初始裂纹长度的数值。

在本公开的示例性实施例中，根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限，获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布包括：设定所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限服从对数正态分布；确定所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差；根据所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差，获取所述当量初始裂纹长度的分布。

在本公开的示例性实施例中，根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度包括：获取剩余强度；根据疲劳总寿命和剩余强度，获得所述安全裂纹长度。

在本公开的示例性实施例中，获取剩余强度包括：定义不确定性恒幅循环应力，获取确定性恒幅载荷与所述不确定性恒幅循环应力的映射关系；根据所述疲劳总寿命，获得所述试件的损伤函数；根据所述损伤函数和所述不确定性恒幅循环应力，获得所述剩余强度。

在本公开的示例性实施例中，不确定损伤映射下所述裂纹长度的对应关系为：

其中，Q＝C(Y(a)ΔK)^qdN/dt，b＝q/2，U＝A*H，a(t)表示裂纹长度，Y(a)为几何校正参数，ΔK为应力强度因子的变化范围，C为常系数，q为指数，N为应力循环次数，H、A为随机变量，随机变量H、A满足对数均值为0的标准对数正态分布。

在本公开的示例性实施例中，根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，获取所述试件的安全断裂疲劳寿命包括：根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，获得在时间为t时，所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值；根据所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值，获得第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率；根据第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

在本公开的示例性实施例中，裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值满足如下第二关系式：

其中，F(a_s)表示在时间为t时裂纹长度未超过安全裂纹长度a_s的概率分布值，F_EIFS(·)表示EIFS的分布，U(a_s|u＝k)表示u的值取为k时，在

下EIFS计算值U(a_s|u＝k)的函数。

本公开提供的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，以概率断裂力学为基础，将结构的微、细观缺陷用当量初始裂纹长度分布来描述，从而采用宏观的概率断裂力学理论，建立安全断裂疲劳寿命分析方法，计算方法较为简单、成本较低。此外，本公开引入安全疲劳断裂寿命概念，建立了安全疲劳断裂寿命与裂纹长度的对应关系，通过引入安全裂纹长度，将安全裂纹长度与裂纹扩展规律结合，最终分析得出试件的安全断裂疲劳寿命的概率表达式，从而能够准确预测结构寿命，保证结构构件的安全运行。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出本公开示例性实施例中基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法流程图；

图2示出本公开示例性实施例中EIFS等效及K-T图计算原理图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

图1示意性地示出本公开实施例中基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法流程图，包括如下步骤：

S01获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限；

S02根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布；

S03根据所述当量初始裂纹长度的数值或分布，以及试件的临界裂纹长度，获得所述试件的疲劳总寿命；

S04根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度；

S05获取所述试件在不确定损伤映射下裂纹长度的对应关系；

S06根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

本公开提供的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，以概率断裂力学为基础，将结构的微、细观缺陷用当量初始裂纹长度分布来描述，从而采用宏观的概率断裂力学理论，建立安全断裂疲劳寿命分析方法，计算方法较为简单、成本较低。此外，本公开引入安全疲劳断裂寿命概念，建立了安全疲劳断裂寿命与裂纹长度的对应关系，通过引入安全裂纹长度，将安全裂纹长度与裂纹扩展规律结合，最终分析得出试件的安全断裂疲劳寿命的概率表达式，从而增加了结构构件安全运行的可靠性。

以下对图1中的各个步骤的详细过程进行解释说明。

在此需说明的是，断裂的形式主要有三种，张开型裂纹(I型裂纹)、滑开型裂纹(II型裂纹)和撕开裂纹(III型裂纹)，在本公开的一些实施例中，基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法中，疲劳断裂只考虑最为严重的I型裂纹。此外，由于疲劳寿命的分散性受多种不确定性因素的影响，在本公开的一些实施例中，对实际情况作了简化处理，在保证当量初始裂纹长度真实的情况下，引入严重影响疲劳寿命的温度变化、测量误差和推导公式不确定三个因素。

在步骤S01中，获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限。

应力强度因子门槛值，也称疲劳裂纹扩展门槛值，通常用ΔK_th表示。应力强度因子变化范围ΔK低于ΔK_th时，带裂纹的构件的疲劳扩展速率几乎为0，疲劳裂纹基本上不发生扩展。

疲劳极限用来表征材料构件对载荷的承受能力。在疲劳试验中，应力交变循环大致无限次而试样仍不破损时的最大应力叫疲劳极限，通常用σ_f表示。

应力强度因子门槛值和疲劳极限可通过疲劳试验获得，在本公开示例性实施例中，结合国内标准《金属材料平面应变断裂韧度K_IC试验方法》(GBT4161-2007)、《金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》(GBT6398-2017)、《金属材料高温疲劳裂纹扩展速率试验方法》(HB7680-2000)，国际标准ASTM-E466-15、ASTM-E399-19和ASTM-E647-15开展疲劳试验。具体包括如下步骤：

S011对所述试件进行疲劳试验，获得所述试件的

曲线和S-N曲线；

在本公开一些实施例中，获得

曲线，步骤如下：

(1)通过疲劳试验，获得试件的裂纹长度a，确定试件的a-N曲线，N为应力循环次数，在此，由于裂纹长度的测量较为困难，尤其对于非常温下的裂纹长度测量更为困难，所以a-N曲线的关键是尽可能测出精度较高的裂纹长度a，此处不再详细描述。在本公开的一些实施例中，在不同温度下重复疲劳试验，获得不同温度下的疲劳寿命，据此再确定不同温度下的a-N曲线。

(2)确定应力强度因子的变化范围ΔK，应力强度因子的变化范围ΔK满足如下关系式：

式中，ΔK为应力强度因子的变化范围；Y(a)为几何参数；Δσ为试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为试件的疲劳载荷的变化范围；B为试件的第二几何参数(厚度)。

(3)确定出a-N曲线的斜率da/dN。

(4)结合斜率da/dN和应力强度因子的变化范围ΔK，拟合获得试件的

曲线。斜率da/dN与应力强度因子的变化范围ΔK满足如下关系式：

da/dN＝C(ΔK)^m

其中，C和m为常系数，可通过拟合获得，具体的拟合过程此处不再详细描述。在本公开的一些实施例中，拟合获得了不同温度下的

曲线。

S-N曲线即应力-寿命曲线，在本公开的一些实施例中，拟合获得了不同温度下的S-N曲线。在确定S-N曲线的过程中，不但要保证疲劳应力的变化范围(应力幅)，也要保证疲劳应力的加载频率、试验温度等在相同范围内。应力幅的数量越多，绘制出的S-N曲线的精度越高，但是试验成本也越高，因此，需要综合考虑精度成本，以确定出应力幅的数量。

S012根据所述

曲线获得所述应力强度因子门槛值；

采用双对数坐标即可绘制出

曲线，

与lnΔK呈线性关系，随后可通过线性拟合等方法获得应力强度因子门槛值ΔK_th，在此不再详细描述。

S013根据所述S-N曲线获得所述疲劳极限

在本公开的一些实施例中，将S-N曲线在循环次数大于10⁷cycle时不发生失效时对应的应力幅确定为疲劳极限σ_f。

在步骤S02中，根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布。

当量初始裂纹长度，即当量初始缺陷尺寸(Equivalent initial Flaw Size，EIFS)，采用当量初始裂纹长度，将试件的微、细观裂纹扩展转变成长裂纹或宏观裂纹扩展。在本公开的一些实施例中，基于K-T图法获得EIFS。EIFS等效及K-T图计算原理如图2所示。

当量初始裂纹长度满足如下第一关系式：

式中，a_EIFS为所述当量初始裂纹长度；σ_f为所述试件的疲劳极限；ΔK_th为所述试件的应力强度因子的门槛值；

在本公开的一些实施例中，根据所述应力强度因子门槛值的具体数值和所述疲劳极限的具体数值，可获得所述当量初始裂纹长度的数值。

在本公开的另一些实施例中，步骤S02包括：

S021设定所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限服从对数正态分布；

裂纹的尺寸分布一般满足对数正态分布或者Weibull分布，由于在Weibull分布中需要考虑的参数较多，为达到大致相同精度，减少参数估计量，本公开主要采用对数正态分布。很显然，如果将计算所得的EIFS值直接拟合成对数正态分布，会因为数据量过小而引起较大误差。根据第一关系式，EIFS的取值与应力强度因子门槛值ΔK_th和疲劳极限σ_f密切相关。EIFS主要通过ΔK_th和σ_f两个参量的分布计算得出。假定ΔK_th和疲劳极限σ_f为对数正态分布，则由此可以获得EIFS的分布。

S022确定所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差；

由于应力强度因子门槛值ΔK_th和疲劳极限σ_f为对数正态分布，log(ΔK_th)和log(σ_f)均为高斯变量，假设log(ΔK_th)的均值、方差分别为μ_1L、σ_1L，此时

同理，log(σ_f)的均值、方差分别为μ_2L、σ_2L分别为

S023根据所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差，获取所述当量初始裂纹长度的分布。

根据log(ΔK_th)的均值μ_1L和方差σ_1L，以及log(σ_f)的均值μ_2L、方差σ_2L，获得log(a_EIFS)均值、方差分别为μ_L、σ_L，其表达式为：

其中，

为两个随机变量的相关性系数，

是时说明两者相互独立，

是时说明两者完全相关。在本公开的一些实施例中，可以将

视为情况而定，可以在特殊的情况简化为零，即它们之间完全不相关。最后可以得出EIFS可由下面式子得到：

因此，通过直接测量出一批试件的应力强度因子门槛值ΔK_th和疲劳极限σ_f的数据，即可得到EIFS的分布。

在步骤S03中，根据所述当量初始裂纹长度的数值或分布，以及试件的临界裂纹长度，获得所述试件的疲劳总寿命。

临界裂纹长度是一定应力水平下，结构裂纹可保持不扩展不断裂的最大尺寸。临界裂纹长度一般可通过光学显微镜观察或者通过“K准则”预测。在本公开的一些实施例中，对试件进行疲劳试验，以确定出实际的临界裂纹长度，临界裂纹长度通常用a_c表示。在本公开示例性实施例中，获取试件临界裂纹长度a_c的方法包括以下步骤：

(1)对试件进行断裂力学试验，以得到试件的断裂韧度K_IC，此处不再详细描述。

(2)绘制试件的K_max-a曲线。具体而言，K_max-a曲线满足如下关系式：

式中，K_max为应力强度因子的最大值；Y(a)为试件的几何校正参数；σ_max为试件的疲劳应力的最大值；a为试件的裂纹长度。

同时，几何校正参数Y(a)满足第二关系式：

式中，W为试件的第一几何参数。

由此，在试件的疲劳应力的最大值σ_max确定后，即可确定出裂纹长度a和应力强度因子的最大值K_max之间的关系式，进而绘制出试件的K_max-a曲线。

(3)结合断裂韧度K_IC和K_max-a曲线，即可确定出临界裂纹长度a_c，此处不再详细描述。

EIFS对疲劳总寿命的预测有较大影响，但临界裂纹长度a_c对疲劳总寿命的影响不是很大，且临界裂纹长度测量根据断裂韧度实验中K_max-K_IC关系(K准则)求得，断裂韧度实验相对复杂。因此，本公开一些实施例，在疲劳总寿命预测中临界裂纹长度a_c一般取平均值。

根据EIFS和a_c，即可预测出试件的疲劳总寿命，疲劳总寿命满足如下关系式

式中，N_EIFS为试件的疲劳寿命；a_c为临界裂纹长度。

不同的EIFS分布会得到不同的预测疲劳总寿命。因此，在本公开的一些实施例中，为了获得最优的EIFS分布，将预测疲劳总寿命与试验测得的寿命进行比较，根据比较结果，从而获得最优的EIFS分布。

在步骤S04中，根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度。

疲劳总寿命不能直接使结构构件安全运行，因此，本公开引入安全断裂疲劳寿命。

在本公开的一些实施例中，步骤S04包括：

S041获取剩余强度，包括：

S0411定义不确定性恒幅循环应力，获取确定性恒幅载荷与所述不确定性恒幅循环应力的映射关系；

在此需说明的是，实际实验过程中，恒幅载荷会受到各种环境因素(比如振动、试验机的不稳定等)的影响。本公开主要考虑不同温度对恒幅载荷的影响，将温度变化视为机械载荷变化(温度变化也是一种热应力的体现)，进而增加载荷的不确定性。

对于恒幅载荷，有Busquin公式：S^mN＝W，其中，S表示确定性恒幅载荷，W为常数，m为指数。

S0412根据所述疲劳总寿命，获得所述试件的损伤函数；

在交变载荷的反复作用下，结构构件内部将会产生不可逆转的疲劳损伤，在宏观上通常表现为试件剩余强度的逐渐降低以及剩余寿命的逐渐减小。将试验件的初始强度记为R₀，根据EIFS值预测的疲劳总寿命记为N，将循环载荷作用n次后的剩余强度和寿命分别记为R(n)和N-n，则疲劳损伤函数为：

S0413根据所述损伤函数和所述不确定性恒幅循环应力，获得所述剩余强度。

D_q和D_x分别是基于剩余强度和剩余寿命定义的损伤函数。对于特定试验件来说，D_q和D_x应该是等效的，因此，剩余强度为

被认为是确定性框架下构建的剩余强度退化轨迹模型，这里引入不确定恒幅载荷，基于概率论公式，试件剩余强度的累积分布函数为：

F_R(r)＝P_r(R(n)≤R₀)

结合损伤函数，剩余强度的累积分布函数为：

令疲劳寿命累积分布为

此时可建立试件累积剩余强度与疲劳寿命累积之间的关系

对其两端求导，可得剩余强度概率密度与疲劳总寿命概率密度之间的关系为：

此时，

疲劳寿命的概率密度函数f_N(n)与不确定性恒幅循环应力的概率密度函数f_s(S)之间的关系为

将该关系式带入剩余强度概率密度中，得：

据此，可以根据预测疲劳总寿命的取值，测得试件剩余强度的具体概率表达式。

S042根据疲劳总寿命和剩余强度，获得所述安全裂纹长度。

在工程实践中，可根据疲劳总寿命和剩余强度，获得安全裂纹长度，具体可以取80％疲劳总寿命或剩余强度对应得到的裂纹长度为安全裂纹长度。当然，从原理来看，a_s取得越小越安全，但这样需过早开始投入成本来进行检测，造成经济上浪费，具体在实践中，可综合考虑各种因素后，取较为合适的安全裂纹长度，对于具体安全裂纹长度的取值，在此不做限定。在本公开的一些实施例中，安全裂纹长度用a_s表示。

在步骤S05中，获取所述试件在不确定损伤映射下裂纹长度的对应关系。

应力强度因子ΔK与裂纹长度a之间存在指数函数关系，即da/dt＝C(Y(a)ΔK)^q，经过变换da/dt＝C(Y(a)ΔK)^qdN/dt，可令，Q＝C(Y(a)ΔK)^qdN/dt，b＝q/2，可以变成

由于指数b不便处理，可以转化为系数Q的误差。为此引入随机变量H、A为测量和推导方法的不确定性，随机变量H、A满足对数均值为0的标准对数正态分布，此时

其中U＝A*H，变量U的概率密度函数可以表示为

从0到t时刻积分，可以得到裂纹长度：

a(t)表示裂纹长度，Y(a)为几何校正参数，ΔK为应力强度因子的变化范围，C为常系数，q为指数，N为应力循环次数。

在步骤S06中，根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

在本公开一些实施例中，将寿命预测与超越安全裂纹长度联系在一起，得到安全断裂疲劳裂纹长度超越概率，以此来判断安全断裂疲劳寿命。步骤S06包括：

S061根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，获得在时间为t时，所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值；

将第i次检测裂纹长度超过这一长度的概率表示为：

p(i，t)＝p(a(t)≥a_s)＝1-F(a_s)

其中，F(a_s)指的是在时间为t时没有超过a_s时裂纹尺寸的概率分布值，基于全概率公式，F(a_s)的具体表达式为

其中，F_EIFS(·)代表EIFS的分布，U(a_s|u＝k)为u的值取为k时，在

下EIFS计算值U(a_s|u＝k)的函数，根据寿命反推断裂力学公式EIFS值可为：

U(a_s|u＝k)＝a_sexp(-kQt)

基于K-T图法拟合更新EIFS概率分布：

此时

据此可得

S062根据所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值，获得第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率；

将步骤S061中获得的F(a_s)带入p(i，t)＝p(a(t)≥a_s)＝1-F(a_s)中，可得

其中，μ_E和

没有确定的值，同样，

和

没有确定的值，因为它们主要与实际过程中数据的波动情况有关，当它们的具体表达式不便于求解时，可以将其视为一种噪声变量，当然这只是一种粗糙的做法，这不是本公开的主要目的，在此不详细描述。

S063根据第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等，均应视为本公开的一部分。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书的实施例说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (7)

1.一种基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，包括：

获取试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限；

根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布；

根据所述当量初始裂纹长度的数值或分布，以及试件的临界裂纹长度，获得所述试件的疲劳总寿命；

根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度；

获取所述试件在不确定损伤映射下裂纹长度的对应关系，不确定损伤映射下所述裂纹长度的对应关系为：

其中，Q＝C(Y(a)ΔK)^qdN/dt，b＝q/2，U＝A*H，a(t)表示裂纹长度，Y(a)为几何校正参数，ΔK为应力强度因子的变化范围，C为常系数，q为指数，N为应力循环次数，H、A为随机变量，随机变量H、A满足对数均值为0的标准对数正态分布；

根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命；

其中，根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，获取所述试件的安全断裂疲劳寿命包括：

根据所述安全裂纹长度和所述裂纹长度的对应关系，获得在时间为t时，所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值；

根据所述裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值，获得第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率；

根据第i次检测裂纹长度超过安全裂纹长度的概率，评估所述试件的安全断裂疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，获取所述试件的应力强度因子门槛值和疲劳极限包括：

对所述试件进行疲劳试验，获得所述试件的

曲线和应力-寿命曲线；

根据所述

曲线获得所述应力强度因子门槛值；

根据所述应力-寿命曲线获得所述疲劳极限；

其中，a为疲劳试验下所述试件的裂纹长度，N为疲劳试验的应力循环次数，da/dN为a-N曲线的斜率；

ΔK为应力强度因子的变化范围；Y(a)为几何参数；Δσ为所述试件的疲劳应力的应力幅值；ΔP为所述试件的疲劳载荷的变化范围；B为所述试件的厚度。

3.根据权利要求1所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，所述当量初始裂纹长度满足如下第一关系式：

式中，a_EIFS为所述当量初始裂纹长度；Y(a)为几何校正参数；σ_f为所述试件的疲劳极限；ΔK_th为所述试件的应力强度因子的门槛值；

根据所述应力强度因子门槛值的具体数值和所述疲劳极限的具体数值，获得所述当量初始裂纹长度的数值。

4.根据权利要求1所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，根据所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限，获得所述试件的当量初始裂纹长度的数值或分布包括：

设定所述应力强度因子门槛值和所述疲劳极限服从对数正态分布；

确定所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差；

根据所述应力强度因子门槛值的均值和方差，以及所述疲劳极限的均值和方差，获取所述当量初始裂纹长度的分布。

5.根据权利要求1所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，根据所述疲劳总寿命和剩余强度，获取安全裂纹长度包括：

获取剩余强度；

根据疲劳总寿命和剩余强度，获得所述安全裂纹长度。

6.根据权利要求5所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，获取剩余强度包括：

定义不确定性恒幅循环应力，获取确定性恒幅载荷与所述不确定性恒幅循环应力的映射关系；

根据所述疲劳总寿命，获得所述试件的损伤函数；

根据所述损伤函数和所述不确定性恒幅循环应力，获得所述剩余强度。

7.根据权利要求1所述的基于不确定性预测试件安全断裂疲劳寿命的方法，其特征在于，裂纹长度未超过所述安全裂纹长度的概率分布值满足如下第二关系式：

其中，F(a_s)表示在时间为t时裂纹长度未超过安全裂纹长度a_s的概率分布值，F_EIFS(·)表示EIFS的分布，U(a_s|u＝k)表示u的值取为k时，在

下EIFS计算值U(a_s|u＝k)的函数；f_U(·)表示变量U的概率密度分布函数。

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