CN112906258A - 激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置，该方法通过采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化试验，获得残余应力深度分布结果，然后根据所述得残余应力深度分布结果在有限元数值模拟环境中进行模拟，并根据激光参数确定外荷载，由外荷载与裂纹强度因子值、裂纹强度因子范围和疲劳寿命之间的理论推导关系，最终获得从激光冲击参数到疲劳寿命的快速一体化预测，最终解决上述技术不足，填补激光冲击强化构件的裂纹扩展寿命预测的技术空白。

Description

激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置
技术领域
本发明涉及抗疲劳制造技术领域，特别是涉及一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置。
背景技术
抗疲劳制造是指在不改变零件材料和尺寸的前提下，通过在制造工艺过程中改变材料的微观组织及应力分布状态来提高零部件疲劳寿命的制造技术。激光冲击强化作为一种先进的高能束表面改性抗疲劳制造技术，通过强脉冲激光轰击覆盖有吸收层和约束层的金属材料表面，产生向材料内部传递的高温、高压等离子体冲击波，并与材料发生快速、非平衡、剧烈交互作用，在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力和细化的梯度微观组织，进而有效抑制疲劳裂纹扩展，提高构件的疲劳寿命。然而，就激光冲击强化工程应用中关注的疲劳延寿问题，目前仍缺乏有效的寿命预测方法，且其他工程领域的寿命预测方法又未能将激光冲击强化过程考虑其中，无法类比应用。
专利CN109725123B公布了一种考虑喷丸强化表层晶粒细化的裂纹扩展寿命确定方法，基本步骤为：(1)基于J-C模型应力应变数据进行拟合，得到材料的位错演化模型参数；(2)利用ABAQUS有限元软件的VUSDFLD子程序进行编程，基于位错演化模型建立微细观参量与宏观参量的联系，完成程序编写；(3)基于ABAQUS软件进行喷丸强化数值仿真，获取强化之后表层晶粒尺寸与残余应力场；(4)根据相同材料不同应力下未喷丸的裂纹扩展试验数据，拟合得到N-R模型参数，建立裂纹扩展模型；(5)将残余应力与晶粒细化考虑到N-R裂纹扩展模型中，建立考虑喷丸诱导晶粒细化的裂纹扩展模型。首先喷丸强化与激光冲击强化明显不同，其诱导产生残余应力的机理不同，其次该专利主要关注的是喷丸强化诱导的晶粒细化效应对疲劳寿命的影响，且其寿命预测模型也仅仅是基于拟合关系建立的模型，实用性较低。
因此，发明人提供了一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法和装置，通过试验验证、有限元数值模拟和理论推导求解，建立激光冲击强化工艺参数与疲劳寿命的关联，获取从激光冲击参数到疲劳寿命的快速一体化检测，解决了现有疲劳寿命预测准确度不高、实用性较低的技术问题，填补激光冲击强化构件的裂纹扩展寿命预测的技术空白。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，该方法包括：
采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；
在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；
采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；
在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
进一步地，所述对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；包括：
设计与所述目标构件等厚度的试件；
选用Johnson-Cook动态本构模型，完成网格划分；
计算并输入所述预设的激光参数对应的等效压力载荷数值，设置约束条件，完成激光冲击强化数值模拟，获得残余应力数值及分布；
调整等效压力载荷的时间和空间分布，直至所述残余应力数值及分布与所述残余应力深度分布结果一致，获得残余应力单元。
进一步地，所述根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；包括：
根据所述残余应力单元的几何位置特性将其划分为若干与深度相关的特征区域；其中，所述特征区域包括多个节点，每个节点包括六个方向的应变；
计算所述特征区域内所有节点在预设方向上的应变平均值，以所述应变平均值生成本征应变。
进一步地，在采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件之后，生成本征矩阵之前，还包括：
判断所述目标构件在激光冲击强化区域的几何特征与所述特征区域的关系。
进一步地，还包括，根据实际外载荷大小、应力比、载荷波形，计算施加外荷载过程中的最大荷载和最小荷载；
依次完成步骤：创建三维模型、划分网格、对材料的属性进行赋值、施加约束条件；
将所述最大荷载和最小荷载分别施加到所述试件上，得到预设裂纹长度下的最大裂纹强度因子值和最小裂纹强度因子值；
将所述最大裂纹强度因子值减去最小裂纹强度因子值，得到裂纹强度因子范围。进一步地，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。
进一步地，所述裂纹强度因子值的计算公式如下：
Figure BDA0002904637310000031
式中，Nele为预设裂纹长度上的单元数量，Kele,i为预设裂纹长度上第i个单元的裂纹强度因子数值；其中，
Figure BDA0002904637310000041
E为杨氏模量，G为单元能量释放率；b为单元厚度、C为权重因子、u为单元位移，为外载数值；
所述裂纹扩展速率da/dN计算如下：
da/dN＝Cp·(ΔK)m
寿命计算如下：
Figure BDA0002904637310000042
式中，Cp和m为与材料自身属性相关的常数，Δa为单位裂纹长度。
第二方面，提供了一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测装置，包括：
激光冲击强化模块，用于采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；
本征矩阵生成模块，用于在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；
固有应变输入模块，用于采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；
裂纹扩展模拟模块，用于在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
寿命预测模块，用于根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
进一步地，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。
第三方面，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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法权利要求中任一项权利要求所述方法的步骤。
(3)有益效果
综上，本发明通过采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化试验，获得残余应力深度分布结果，然后根据所述得残余应力深度分布结果在有限元数值模拟环境中进行模拟，并根据激光参数确定外荷载，由外荷载与裂纹强度因子值、裂纹强度因子范围和疲劳寿命之间的理论推导关系，最终获得从激光冲击参数到疲劳寿命的快速一体化预测，最终解决上述技术不足，填补激光冲击强化构件的裂纹扩展寿命预测的技术空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法的优选实施方式流程示意图。
图2是不同方法得到的CT试样上的残余应力。
图3是TC17钛合金三维数值模型。
图4是激光冲击区域内的应变单元的划分。
图5是TC17钛合金紧凑拉伸构件有限元模型。
图6是ΔP＝1500N，应力比R＝0.1条件下求得的最大裂纹强度因子Kmax和最小强度因子Kmin。
图7是ΔP＝1500N，应力比R＝0.1条件下裂纹扩展速率与裂纹长度的关系。
图8是ΔP＝1500N，应力比R＝0.1条件下裂纹扩展寿命与裂纹长度的关系。
图9是不同激光能量冲击下的裂纹扩展寿命与裂纹长度的关系。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法的优选实施方式流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤：
S1对采用预设激光参数进行冲击强化的目标构件进行残余应力测试，得到所述目标构件的残余应力深度分布结果。
在步骤S1中，上述激光参数可以根据具体需要由本领域的技术人员设定，一般情况下，采用经典激光参数对上述目标构件进行激光冲击强化。目前对残余应力的测试方法总的来说分为两大类。一类是定量测量法：如钻孔法、X射线法、磁测法、喷砂打孔法、切割法、套环法等；另一类是定性测试：如振动参数曲线法、尺寸精度稳定性法等。优选的，在本发明实施例中，采用钻孔法或X射线法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布的结果。
上述目标构件是经过激光冲击强化后的待预测寿命的构件。上述残余应力深度分布结果是指经过激光冲击强化后构件的残余应力的分布情况。
S2在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；
在步骤S2中，上述残余应力单元是指经过完成激光冲击强化数值模拟和校准后得到的残余应力分布，其可疑理解为本发明的残余应力深度分布结果。为了在有限元数值分析软件中模拟构件在激光冲击后的残余应力分别，需要先设计一个与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并根据实际的在相同激光参数条件下目标构件的残余应力的分布情况(即本发明的残余应力深度分布结果)，调整荷载的分布和数值，来校准模拟的数值。其具体步骤为：
设计与所述目标构件等厚度的试件；
选用Johnson-Cook动态本构模型，完成网格划分；
计算并输入所述预设的激光参数对应的等效压力载荷数值，设置约束条件，完成激光冲击强化数值模拟，获得残余应力数值及分布；
调整等效压力载荷的时间和空间分布，直至所述残余应力数值及分布与所述残余应力深度分布结果一致，获得残余应力单元。
作为一种优选实施方式，上述步骤S2均是在有限元数值分析软件中进行，有限元数值分析软件包括ABAQUS、ANSYS、MSC。
上述Johnson-Cook动态本构模型是有限元数值分析软件ABAQUS中的一种常见的模型；Johnson-Cook是材料模型及失效模型。高温环境下金属材料的强度极限以及失效过程。在Johnson-Cook强度模型中，屈服应力由应变、应变率以及温度决定。
在本发明实施例中，上述根据输入的预设激光参数计算等效压力载荷数值的具体计算公式为：
Figure BDA0002904637310000071
I为激光功率密度，其单位为GW/cm2。
S3采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布。
作为其他可选实时方式，根据所述残余应力单元的几何位置特性，将其划分为若干与深度相关的特征区域；其中，所述特征区域包括多个节点，每个节点包括六个方向的应变；计算所述特征区域内所有节点在预设方向上的应变平均值，生成应变矩阵。
在步骤S3中，假设与深度相关的特征区域表示为[x,y,z]，每个区域内包含nnod个节点，每个节点包含六个方向的应变(ε11、ε22、ε33、ε12、ε13、ε23)，则区域[x,y,z]内ab方向的应变平均值
Figure BDA0002904637310000072
可由式(2)求得：
Figure BDA0002904637310000073
其中，x＝0,1,2；y＝0,1,2；z＝int(t/Δz)，a＝1,2,3；b＝1,2,3；t为试件的厚度。将所有求得的平均应变值结果编制成矩阵[M]的inp格式文件。
S4在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
在本发明的可选实时方式中，在采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件之后，生成本征矩阵之前，还包括判断所述特征区域与所述目标构件上的激光冲击强化区域的几何特征间的关系。
在判断了激光冲击强化区域的几何特征与划分的特征区域之间的关系后，将本征矩阵施加到构件上；采用固有应变法为所述目标构件施加温度载荷，获得与所述残余应力单元具有一致性的残余应力分布，实现了残余应力的快速植入。
S5基于有限元数值分析软件，根据实际外载荷大小、应力比、载荷波形，计算预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围。比如实际外载荷大小ΔP、应力比R和载荷波形(通常为正弦波)，由式(3)求得加载过程中的最大载荷Pmax和最小载荷Pmin：
Figure BDA0002904637310000081
依次完成三维模型创建、网格划分、材料属性赋值、分析创建以及约束的施加，并分别将载荷Pmax和Pmin施加在构件上，提交分析完成裂纹扩展的数值模拟。随后，由式(4)可求得特定裂纹长度下的裂纹强度因子值：
Figure BDA0002904637310000082
式中，Nele为特定裂纹长度上的单元数量，Kele,i为特定裂纹长度上第i个单元的裂纹强度因子数值，可由式(5)求得：
Figure BDA0002904637310000083
式中，E为杨氏模量，G为单元能量释放率，可由式(6)求得：
Figure BDA0002904637310000084
式中，b为单元厚度、C为权重因子、u为单元位移，F为外载数值。
由式7求得特定裂纹长度a下的裂纹强度因子范围：
ΔKa＝Ka,max-Ka,min (7)
其中，a是裂纹长度，Δa为单位裂纹长度。
S6根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
计算得到裂纹强度因子范围之后，由裂纹强度因子范围与疲劳寿命之间的推导关系，进而可采用裂纹扩展公式(Paris公式、Walker公式、Forman公式、Nasgro公式等)求解特定裂纹长度下的裂纹扩展速率da/dN，以Paris公式为例，式(8)即为其求解裂纹长度a对应度的裂纹扩展速率da/dN过程：
da/dN＝Cp·(ΔKa)m (8)
式中，Cp和m为与材料自身属性相关的常数。最后再由式(9)可近似反向求解出裂纹扩展寿命：
Figure BDA0002904637310000091
本发明通过采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化试验，获得残余应力深度分布结果，然后根据所述得残余应力深度分布结果在有限元数值模拟环境中进行模拟，并根据激光参数确定外荷载，由外荷载与裂纹强度因子值、裂纹强度因子范围和疲劳寿命之间的理论推导关系，最终获得从激光冲击参数到疲劳寿命的快速一体化预测，最终解决上述技术不足，填补激光冲击强化构件的裂纹扩展寿命预测的技术空白。
下面以具体实例来对本发明的一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测进行说明。
①采用典型激光强化工艺参数(激光能量E＝25J、脉冲宽度τ＝15ns、冲击次数n＝1次、频率f＝1Hz、圆形光斑直径d＝4mm、搭接率ov＝50％)冲击厚度为5mm的TC17钛合金板状紧凑拉伸构件。冲击前，构件表面采用丙酮擦拭干净，干燥后粘贴铝箔胶带。冲击时，采用去离子水作为约束层，并通过六自由度机械手上装夹以实现构件的平面运动，冲击区域大小为20mm×20mm，完成正面强化后翻转构件完成背面强化。强化后，通过PRISM残余应力系统(基于激光散斑钻孔法)测量冲击区域内多点残余应力的深度分布，其平均结果如图2中黑色实心方形点所示。
②采用限元数值模拟软件创建60mm×60mm×5mm的TC17钛合金三维模型1，如图3所示，冲击区域2为最中心10mm×10mm(即横向4个冲击点、纵向4个冲击点)，选用Johnson-Cook模型作为激光冲击材料响应本构，网格划分采用双偏差不均匀网格划分方法，上下冲击面网格尺寸为0.02mm、中心芯部网格尺寸为0.05mm，约束形式与试验一致，通过VDLOAD子程序实现冲击点的连续移动，通过调节等效压力载荷数值、时空分布，获得与构件试验结果具有较好一致性的残余应力数值，如图2中黑色空心圆形点所示。
③完成残余应力验证后，根据几何位置特征，将冲击区域划分成九个3mm×3mm的正方形应变单元3，并标记为如图4中所示的[00Z]、[01Z]、[02Z]、[10Z]、[11Z]、[12Z]、[20Z]、[21Z]、[22Z]。进而读取残余应力odb文件，获得以上九个区域内每个节点的六方向应变值(ε11、ε22、ε33、ε12、ε13、ε23)，并根据式2求解各区域每个深度单元体内(z＝0.25mm)的应变平均值
Figure BDA0002904637310000101
存储于矩阵[M]中写入inp文件。
④引入③中inp文件，图5为TC17钛合金紧凑拉伸构件半模型，图中方框对应冲击区域内不同位置的应变，通过固有应变方法为构件施加一个温升载荷，从而在紧凑拉伸构件冲击区域引入类似于“残余应力单元”试样的应力分布状态，如图2中黑色五边形点所示。
⑤在数值模拟软件载荷模块施加Pmax＝1667N和Pmin＝167N的恒定载荷，从而模拟试验过程的ΔP＝1500N，应力比R＝0.1的正弦载荷，计算Kmax和Kmin不同裂纹长度下的裂纹强度因子，并由式7，求出裂纹强度因子范围ΔK(图6)。
⑥在求出ΔK后，可由式8求出特定裂纹长度下的裂纹扩展速度da/dN(图7)，再由式9，最终求出该激光冲击条件(激光能量E＝25J、脉冲宽度τ＝15ns、冲击次数n＝1次、频率f＝1Hz、圆形光斑直径d＝4mm、搭接率ov＝50％)下的寿命，如图8所示。
依照步骤①到⑦，可完成不同激光冲击强化参数冲击下的疲劳寿命，图9为不同激光能量冲击下的疲劳寿命预测结果。
本发明的第二方面，提供了一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测装置，包括：
激光冲击强化模块，用于采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；
本征矩阵生成模块，用于在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；
固有应变输入模块，用于采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；
裂纹扩展模拟模块，用于在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
寿命预测模块，用于根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
进一步地，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。
第三方面，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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法权利要求中任一项权利要求所述方法的步骤。
需要明确的是，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或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。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明(根据撰写情况采用)。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，该方法包括：
采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；
在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；
采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；
在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
2.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；包括：
设计与所述目标构件等厚度的试件；
选用Johnson-Cook动态本构模型，完成网格划分；
计算并输入所述预设的激光参数对应的等效压力载荷数值，设置约束条件，完成激光冲击强化数值模拟，获得残余应力数值及分布；
调整等效压力载荷的时间和空间分布，直至所述残余应力数值及分布与所述残余应力深度分布结果一致，获得残余应力单元。
3.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；包括：
根据所述残余应力单元的几何位置特性将其划分为若干与深度相关的特征区域；其中，所述特征区域包括多个节点，每个节点包括六个方向的应变；
计算所述特征区域内所有节点在预设方向上的应变平均值，以所述应变平均值生成本征应变。
4.根据权利要求3所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，在采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件之后，生成本征矩阵之前，还包括：
判断所述目标构件在激光冲击强化区域的几何特征与所述特征区域的关系。
5.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，还包括，根据实际外载荷大小、应力比、载荷波形，计算施加外荷载过程中的最大荷载和最小荷载；
依次完成步骤：创建三维模型、划分网格、对材料的属性进行赋值、施加约束条件；
将所述最大荷载和最小荷载分别施加到所述试件上，得到预设裂纹长度下的最大裂纹强度因子值和最小裂纹强度因子值；
将所述最大裂纹强度因子值减去最小裂纹强度因子值，得到裂纹强度因子范围。
6.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。
7.根据权利要求1所述的激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测方法，其特征在于，所述裂纹强度因子值的计算公式如下：
Figure FDA0002904637300000021
式中，Nele为预设裂纹长度上的单元数量，Kele,i为预设裂纹长度上第i个单元的裂纹强度因子数值；其中，
Figure FDA0002904637300000022
E为杨氏模量，G为单元能量释放率；b为单元厚度、C为权重因子、u为单元位移，F为外载数值；
所述裂纹扩展速率da/dN计算如下：
da/dN＝Cp·(ΔK)m
寿命计算如下：
Figure FDA0002904637300000031
式中，Cp和m为与材料自身属性相关的常数，Δa为单位裂纹长度。
8.一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测装置，其特征在于，包括：
激光冲击强化模块，用于采用预设的激光参数对目标构件进行激光冲击强化，并获得激光冲击强化后的所述目标构件的残余应力深度分布结果；
本征矩阵生成模块，用于在有限元数值分析软件中，对设计的、与所述目标构件等厚度的试件进行激光冲击强化数值模拟，并依据所述残余应力深度分布结果进行校准，获得残余应力单元；根据所述残余应力单元的几何特征，提取并存储所述残余应力单元的本征应变，生成本征矩阵；
固有应变输入模块，用于采用固有应变法，将所述本征矩阵对应的荷载施加至所述目标构件，获得与所述残余应力单元一致的残余应力分布；
裂纹扩展模拟模块，用于在有限元数值分析软件中，对所述试件施加外荷载，完成裂纹扩展的数值模拟，获得预设裂纹长度下的裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围；
寿命预测模块，用于根据所述裂纹强度因子值和裂纹强度因子范围反向计算得出裂纹扩展寿命。
9.一种激光冲击强化构件裂纹扩展寿命快速预测装置，其特征在于，采用X射线方法或钻孔法测定所述目标构件冲击后的残余应力深度分布结果。
10.一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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～7中任一项权利要求所述方法的步骤。
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