CN112765779A - 一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空疲劳计算技术领域，公开了一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，包括测试某一材料的结构件在激光强化工艺下DFR的截止值；将激光强化工艺下结构件的寿命试验结果与喷丸工艺下结构件的寿命试验结果进行比较，得到表面系数的修正量；计算所述材料在不同结构件形式下喷丸工艺的细节疲劳额定值；依据不同结构件形式对喷丸工艺的细节疲劳额定值进行修正，得到不同结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值；取某一材料的某种结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值与DFR的截止值的较小值作为该种结构件形式的激光强化细节疲劳额定值；根据所述激光强化细节疲劳额定值，利用标准S‑N曲线计算不同结构件形式下的双95％寿命N。

Description

一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法
技术领域
本发明属于航空疲劳计算技术领域，尤其涉及一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法。
背景技术
目前无有效计算激光强化结构件疲劳寿命的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，解决了当前无有效计算激光强化构件疲劳寿命计算方法的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，所述方法包括以下步骤：
S1，测试某一材料的结构件在激光强化工艺下DFR的截止值；
S2，对于该材料的不同的结构件形式，将激光强化工艺下结构件的寿命试验结果与喷丸工艺下结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下结构件表面系数对于喷丸工艺下结构件表面系数的修正量；
S3，计算所述材料在不同结构件形式下喷丸工艺的细节疲劳额定值DFR；
S4，依据不同结构件形式对喷丸工艺的细节疲劳额定值进行修正，得到不同结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值；
S5，取某一材料的某种结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值与DFR 的截止值的较小值作为该种结构件形式的激光强化细节疲劳额定值；
S6，根据所述激光强化细节疲劳额定值，利用标准S-N曲线计算不同结构件形式下的双95％寿命N。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)S1，具体为：测试不同材料在激光强化工艺下对应的截止值；将每种材料在激光强化工艺下的对应的截止值作为该种材料结构件的DFR上限值。
(2)S2包括：
对于开孔结构件，将激光强化工艺下开孔结构件的寿命试验结果与喷丸工艺下开孔结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下开孔结构件材料表面处理系数B对于喷丸工艺下开孔结构件材料表面处理系数修正量K1。
(3)S2还包括：
对于缺口结构件，将激光强化工艺下开孔结构件寿命试验结果与喷丸工艺下开孔结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下开孔结构件材料表面粗糙度系数F对于喷丸工艺下开孔结构件材料表面粗糙度系数的修正量 K2。
(4)S3中，所述不同的结构件形式包含：大开口结构、开孔结构、缺口结构。
(5)S4，具体为：
若是耳片、开孔类结构，则用DFR×K1作为第一激光强化细节疲劳额定值；
若是缺口、圆轴类结构，则用DFR×K2作为第一激光强化细节疲劳额定值；
若是大开口结构，用DFR截止值作为第一激光强化细节疲劳额定值。
(6)S5，具体为：
取DFR×K1与DFR截止值的较小者作为耳片、开孔类结构的激光强化细节疲劳额定值，取DFR×K2与DFR截止值的较小者作为缺口、圆轴类结构的激光强化细节疲劳额定值。
(7)S6，具体为：
利用标准S-N曲线计算不同结构件形式下的双95％寿命N：
Figure RE-GDA0002999096800000021
Figure RE-GDA0002999096800000022
其中，S为S-N曲线斜度参数；R为应力比，σm0为材料破坏时的最大应力，σmax为最大应力，DFR为激光强化细节疲劳额定值。
本发明所提出的用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，通过试验结果对比，得出激光强化工艺的修正系数，可用于激光强化结构DFR值计算，填补当前激光强化结构没有系统性计算方法的空白；仅需要进行试片级试验得出相关系数，再用于大型结构的寿命计算，可节约大量试验经费。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法的流程示意图；
图2为典型耳片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例提供一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，如图1 所示，包括以下步骤：
步骤一、测试各种材料在激光强化工艺下的截止值，将每种材料在激光强化工艺下的对应的截止值作为该种材料结构件的DFR上限值。
步骤二、对于开孔结构，将激光强化工艺下寿命试验结果与喷丸工艺下的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下材料表面处理系数B对于喷丸工艺下材料表面处理系数修正量K1；对于缺口结构件，将激光强化工艺下寿命试验结果与喷丸工艺下的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下材料表面粗糙度系数F对于喷丸工艺下材材料表面粗糙度系数的修正量K2；
步骤三、计算各种材料在大开口结构、开孔结构、缺口结构结下喷丸工艺的细节疲劳额定值(DFR)。
步骤四、依据结构形式对细节疲劳额定值进行修正。
若是耳片、开孔类结构，则用DFR×K1作为激光强化细节疲劳额定值；若是缺口、圆轴类结构，则用DFR×K2作为激光强化细节疲劳额定值；若是舱门等大开口结构，直接用DFR截止值。
步骤五、取DFR×K1与DFR截止值的较小者作为耳片、开孔类结构的激光强化细节疲劳额定值，取DFR×K2与DFR截止值的较小者作为缺口、圆轴类结构的激光强化细节疲劳额定值。
步骤六、利用标准S-N曲线计算不同结构形式的双95％寿命N：
Figure RE-GDA0002999096800000041
Figure RE-GDA0002999096800000042
S：S-N曲线斜度参数；R为应力比，σm0为材料破坏时的最大应力，σmax为最大应力。
具体的，典型的耳片连接结构形式如图2所示。材料为TC4，在薄弱部位(耳孔边)采用的激光强化工艺，其在最大184644N，应力比0.06的等幅载荷作用下，疲劳寿命可以计算如下。
步骤一、采用试片及试验，得到TC4激光强化后DFR截止值为366MPa；
步骤二、通过对比试验，得到TC4材料开孔后合金表面修正系数K1＝1.045；
步骤三、按照DFR法，喷丸状态下结构的DFR计算流程如下：
1、对称耳片
Figure RE-GDA0002999096800000043
2、TC4材料，K＝1.6；
3、对于喷丸强化结构：B＝1.1；
4、单耳，t/D＝10/32＝0.31，得耳片厚度系数:Lt＝1.0；
5、D＝32mm(取衬套或螺栓配合干涉量<＝0.2％计算)，Ld＝0.99；
6、a/c＝1，S/W＝50/78＝0.64，得：Ls＝0.92；
7、根据该对接部位受力情况，受力方向与耳片中线夹角θ＝0°，对称耳片，得：DFR部位危险应力剖面γ＝82°，斜载荷系数：Lθ＝1.0；
8、疲劳额定系数Rc＝1.56。
9、喷丸结构：
DFR＝DFRbase×K×B×Lt×Ls×Ld×Lθ×Rc＝145.36MPa
步骤四、对激光强化结构进行DFR修正：
对于激光强化结构：DFR激光＝DFR×K1＝145.36×1.045＝151.95MPa
步骤五、利用标准S-N曲线计算结构双95％寿命：
σm0＝620MPa，S＝2.0，R＝0.06，σmax＝200.7MPa计算得
Figure RE-GDA0002999096800000051
Figure RE-GDA0002999096800000052
本发明所提出的用于激光强化结构件疲劳寿命评估的工程算法，通过试验结果对比，得出激光强化工艺的修正系数，可用于激光强化结构DFR值计算，填补当前激光强化结构没有系统性计算方法的空白。本发明所提出的用于激光强化结构件疲劳寿命评估的工程算法，仅需要进行试片级试验得出相关系数，再用于大型结构的寿命计算，可节约大量试验经费。

Claims (8)

1.一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，测试某一材料的结构件在激光强化工艺下DFR的截止值；
S2，对于该材料的不同的结构件形式，将激光强化工艺下结构件的寿命试验结果与喷丸工艺下结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下结构件表面系数对于喷丸工艺下结构件表面系数的修正量；
S3，计算所述材料在不同结构件形式下喷丸工艺的细节疲劳额定值DFR；
S4，依据不同结构件形式对喷丸工艺的细节疲劳额定值进行修正，得到不同结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值；
S5，取某一材料的某种结构件形式的第一激光强化细节疲劳额定值与DFR的截止值的较小值作为该种结构件形式的激光强化细节疲劳额定值；
S6，根据所述激光强化细节疲劳额定值，利用标准S-N曲线计算不同结构件形式下的双95％寿命N。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S1，具体为：测试不同材料在激光强化工艺下对应的截止值；将每种材料在激光强化工艺下的对应的截止值作为该种材料结构件的DFR上限值。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S2包括：
对于开孔结构件，将激光强化工艺下开孔结构件的寿命试验结果与喷丸工艺下开孔结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下开孔结构件材料表面处理系数B对于喷丸工艺下开孔结构件材料表面处理系数修正量K1。
4.根据权利要求3所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S2还包括：
对于缺口结构件，将激光强化工艺下开孔结构件寿命试验结果与喷丸工艺下开孔结构件的寿命试验结果进行比较，得到激光强化工艺下开孔结构件材料表面粗糙度系数F对于喷丸工艺下开孔结构件材料表面粗糙度系数的修正量K2。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S3中，所述不同的结构件形式包含：大开口结构、开孔结构、缺口结构。
6.根据权利要求4所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S4，具体为：
若是耳片、开孔类结构，则用DFR×K1作为第一激光强化细节疲劳额定值；
若是缺口、圆轴类结构，则用DFR×K2作为第一激光强化细节疲劳额定值；
若是大开口结构，用DFR截止值作为第一激光强化细节疲劳额定值。
7.根据权利要求6所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S5，具体为：
取DFR×K1与DFR截止值的较小者作为耳片、开孔类结构的激光强化细节疲劳额定值，取DFR×K2与DFR截止值的较小者作为缺口、圆轴类结构的激光强化细节疲劳额定值。
8.根据权利要求6所述的一种用于激光强化结构件疲劳寿命评估的方法，其特征在于，S6，具体为：
利用标准S-N曲线计算不同结构件形式下的双95％寿命N：
Figure RE-FDA0002999096790000021
Figure RE-FDA0002999096790000022
其中，S为S-N曲线斜度参数；R为应力比，σm0为材料破坏时的最大应力，σmax为最大应力，DFR为激光强化细节疲劳额定值。
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