CN115688486B - 一种热疲劳寿命评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种热疲劳寿命评估方法及装置，其中，所述方法包括：获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命。由此，本申请实施例提供了一种基于待评估部件在工况下的温度变化历程的热疲劳寿命评估方法，仅仅需要采集待评估部件的温度数据信息，无需对待评估部件急性应变测量，即可实现待评估部件的热疲劳寿命评估，降低热疲劳寿命评估的难度以及实现成本。
Description
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，尤其涉及一种热疲劳寿命评估方法及装置。
背景技术
金属部件在高温条件下工作时，其环境温度经常是反复变化的，由此造成的膨胀和收缩若受到约束时，在零件内部就会产生热应力（又称温差应力），由于温度反复变化，热应力也随着反复变化，从而使材料受到热疲劳损伤。
汽车中的金属部件，如发动机排气管，在实际使用中，需要周期性的承受高、低温交变的热负荷作用，容易出现管体裂纹、断裂等故障，造成发动机无法正常工作。因此，如何评估汽车金属部件的热疲劳寿命是汽车安全技术中的重要一环。
现有技术中，热疲劳寿命评估一般是基于金属部件的热应力情况进行的，然而实际应用中，发动机排气管工作的温度可达800℃，在这个温度下的应变测量难度大，且成本高昂，由于高温应变的测量难度大、成本高昂，因此，现有的热疲劳寿命评估方法应用难度大、实现成本高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种热疲劳寿命评估方法及装置，能够以低难度、低成本的方式实现金属部件的热疲劳寿命评估。
其技术方案如下：第一方面，本申请实施例提供了一种热疲劳寿命评估方法，所述方法包括：
获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；
根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
可选的，所述获取待评估部件在第一工况下的温度数据，包括：
根据所述待评估部件的损坏风险确定所述待评估部件的多个测温关注点；
基于所述待评估部件在第一工况下，获取所述多个测温关注点的温度数据，所述温度数据包括：温度变化梯度、最高温度值、平均温度值以及温度差值。
可选的，根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命，包括：
分别将所述多个测温关注点的温度数据代入所述热疲劳寿命评估模型，以得到所述待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命；
根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
可选的，所述根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命，包括：
基于所述多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将所述第一热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第一热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于所述多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将所述第二热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第二热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
可选的，所述热疲劳寿命评估模型，包括：
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为所述待评估部件的材料熔点，、
、ω、 、
、 为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
第二方面，本申请实施例提供了一种热疲劳寿命评估装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；
评估模块，用于根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
可选的，所述获取模块，包括：
关注点确定子模块，用于根据所述待评估部件的损坏风险确定所述待评估部件的多个测温关注点；
温度获取子模块，用于基于所述待评估部件在第一工况下，获取所述多个测温关注点的温度数据，所述温度数据包括：温度变化梯度、最高温度值、平均温度值以及温度差值。
可选的，所述评估模块，包括：
热疲劳寿命计算子模块，用于分别将所述多个测温关注点的温度数据代入所述热疲劳寿命评估模型，以得到所述待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命；
热疲劳寿命确定子模块，用于根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
可选的，所述热疲劳寿命确定子模块，具体用于：基于所述多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将所述第一热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第一热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于所述多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将所述第二热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第二热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
可选的，所述热疲劳寿命评估模型，包括：
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为所述待评估部件的材料熔点，、
、ω、 、
、 为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
上述技术方案具有如下有益效果：
本申请实施例提供的一种热疲劳寿命评估方法，在执行所述方法时，获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命。由此，本申请实施例提供了一种基于待评估部件在工况下的温度变化历程的热疲劳寿命评估方法，仅仅需要采集待评估部件的温度数据信息，无需对待评估部件急性应变测量，即可实现待评估部件的热疲劳寿命评估，降低热疲劳寿命评估的难度以及实现成本。
本申请实施例还提供了与上述方法相对应的装置，具有与上述方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种热疲劳寿命评估方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种部件温度变化历程曲线以及对应工况示意图；
图3为本申请实施例提供的热疲劳寿命评估结果与部件热疲劳寿命仿真结果对比示意图；
图4为本申请实施例提供的一种热疲劳寿命评估装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了实现，本申请实施例提供了一种热疲劳寿命评估方法，请参阅图1，该方法可以包括：
步骤S100：获取待评估部件在第一工况下的温度数据，温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程。
待评估部件是指需要进行热疲劳寿命评估的金属材料部件，如汽车发动机的排气管、汽车制动系统中的制动盘等需要考虑热疲劳损伤的金属材料部件。
具体的，获取待评估部件在第一工况下的用于表征温度变化历程的温度数据，例如，获取待评估部件在第一工况期间内的待评估部件的最高温度、平均温度、温度变化梯度、温度差值等。
需要说明的是，第一工况是待评估部件在某一段工作时段内的工作状况，本实施例中不对第一工况对出限定，第一工况可以是待评估部件在任意一段工作时段内的工作状况，温度差值可以是温度冲击过程中计算时刻与冲击起始时刻温度的差值，即测温时刻与待评估部件在第一工况的初始时刻下的温度差。
参见图2示出了一种待评估部件的温度变化历程曲线以及对应工况示意图，温度变化历程曲线为待评估部件的温度随工作时段时间的变化，并且将温度最高值向下截取七种不同温度变化幅值作为七种工况，作为后续仿真对比实验的数据。
作为一种可选的实施方式，步骤S100可以具体包括如下步骤S101以及步骤S102：
步骤S101：根据待评估部件的损坏风险所述待评估部件的多个测温关注点；
待评估部件可能是具有一定体积大小的部件，此时若只取待评估部件的一个测温点的的温度数据进行热疲劳寿命的评估，则单一测温点的温度数据计算得到的热疲劳寿命可能无法表征待评估部件整体的热疲劳寿命，为提高热疲劳寿命评估的准确性，可以选择多个测温关注点，具体的，可以根据待评估部件的损坏风险确定待评估部件的多个测温关注点，可以理解的是，损坏风险与待评估部件的易损坏风险系数、寿命情况相关，作为一种可选项，测温关注点可以选择待评估部件更容易出现损坏的位置、寿命最低的位置。例如：选择发动机排气管的热疲劳评估中，可以将测温关注点选择在排气歧管上，且可以按需设置多个测温关注点。
步骤S102：基于待评估部件在第一工况下，获取多个测温关注点的温度数据。
具体的，可以通过温度传感器采集各个测温关注点在第一工况下的温度变化历程曲线，由此获得温度数据。
步骤S200：根据温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定待评估部件的热疲劳寿命。
具体的，将获取的温度数据输入至预先训练获得的热疲劳寿命评估模型中，得到待评估部件的热疲劳寿命。
在一种可选的实施方式中，步骤S200可以具体包括如下步骤S201至步骤S202：
步骤S201：分别将多个测温关注点的温度数据代入热疲劳寿命评估模型，以得到待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命。
步骤S202：根据多个热疲劳寿命确定待评估部件的热疲劳寿命。
具体的，在存在多个测温关注点的情况下，将各个测温关注点的温度数据均代入热疲劳寿命评估模型，获取各个测温关注点的热疲劳寿命，并根据各个测温关注点的热疲劳寿命确定待评估部件整体的热疲劳寿命。
作为一种可选的实施方式，上述步骤S202可以具体包括：基于所述多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将第一热疲劳寿命确定为待评估部件的热疲劳寿命，第一热疲劳寿命为多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将第二热疲劳寿命确定为待评估部件的热疲劳寿命，第二热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
具体的，针对存在多个测温关注点的情况，本申请实施例提供的了两种热疲劳寿命确定的方式，第一种是将计算得到的各个热疲劳寿命中的最低热疲劳寿命作为待评估部件的热疲劳寿命，针对安全性需求较高的部件而言，可以选择由最低热疲劳寿命作为待评估部件的热疲劳寿命，优先考虑部件的安全性。第二种是将计算得到的各个热疲劳寿命对应的平均热疲劳寿命作为待评估部件的热疲劳寿命，针对安全性需求一般的部件而言，可以选择由平均热疲劳寿命作为待评估部件的热疲劳寿命，优先考虑部件的使用成本。
在一种可选的实施方式中，本申请实施例提供的热疲劳寿命评估模型具体包括：
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为待评估部件的材料熔点，、
、ω、 、
、 为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
可以理解的是，温度变化梯度表征待评估部件受温度冲击的强烈程度，温度差值表征温度变化幅值的程度，
ω表征待评估部件的热冲击临界温度梯度，最高温度值与平均温度值表征温度导致的材料力学性能的退化。需要说明的是，待评估部件的材料熔点可以根据待评估部件的材料属性确定，参数、
、ω、 、
、 可以根据待评估部件的结构耐久试验通过拟合确定，其中，，，，，，。
参见图3示出了本申请实施例提供的热疲劳寿命评估方法得到的评估结果与热疲劳寿命仿真结果，需要说明的是，本实施例中热疲劳寿命评估模型中参数、
、ω、 、
、 分别设置为：0.05、2.50、5.00、3.00、1.50、3.00，仿真具体采用Mascon-Coffin-Basquin演变模型(SWT)，可以看出，在七种工况下，通过本申请实施例提供的热疲劳寿命评估方法评估获得的热疲劳寿命与演变模型仿真获得的热疲劳寿命差异较小，因此，本申请提供的基于待评估部件在工况下的温度变化历程的热疲劳寿命评估方法具有较高的准确度。
综上所述，本申请实施例提供了一种热疲劳寿命评估方法，执行所述方式时，获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命。由此，本申请实施例提供了一种基于待评估部件在工况下的温度变化历程的热疲劳寿命评估方法，仅仅需要采集待评估部件的温度数据信息，无需对待评估部件急性应变测量，即可实现待评估部件的热疲劳寿命评估，降低热疲劳寿命评估的难度以及实现成本。
与上述方法相对应，本申请实施例还提供了一种热疲劳寿命评估装置，请参阅图4，示出了该装置的结构示意图，该装置可以包括：
获取模块401，用于获取待评估部件在第一工况下的温度数据，温度数据用于表征待评估部件在第一工况下的温度变化历程；
评估模块402，用于根据温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定待评估部件的热疲劳寿命。
作为一种可选的实施方式，所述获取模块401可以包括：
关注点确定子模块，用于根据待评估部件的损坏风险确定待评估部件的多个测温关注点；
温度获取子模块，用于基于待评估部件在第一工况下，获取多个测温关注点的温度数据，温度数据包括：温度变化梯度、最高温度值、平均温度值以及温度差值。
作为一种可选的实施方式，所述评估模块402可以包括：
热疲劳寿命计算子模块，用于分别将多个测温关注点的温度数据代入热疲劳寿命评估模型，以得到待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命；
热疲劳寿命确定子模块，用于根据多个热疲劳寿命确定待评估部件的热疲劳寿命。
作为一种可选的实施方式，所述热疲劳寿命确定子模块具体可以用于：
基于多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将第一热疲劳寿命确定为待评估部件的热疲劳寿命，第一热疲劳寿命为多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将第二热疲劳寿命确定为待评估部件的热疲劳寿命，第二热疲劳寿命为多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
作为一种可选的实施方式，所述热疲劳寿命评估模型具体包括：
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为待评估部件的材料熔点，、
、ω、 、
、 为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
需要说明的是，本申请实施例提供的一种热疲劳寿命评估装置中各模块执行的步骤以及相关技术特征与申请实施例所提供方法相对应，装置部分的描述可以参见前述方法部分的实施例，此处不赘述。
综上所述，本申请实施例提供了一种热疲劳寿命评估装置，所述装置包括：获取模块，用于获取待评估部件在第一工况下的温度数据，温度数据用于表征待评估部件在第一工况下的温度变化历程；评估模块，用于根据温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定待评估部件的热疲劳寿命。由此，本申请实施例提供了一种基于待评估部件在工况下的温度变化历程的热疲劳寿命评估方法，仅仅需要采集待评估部件的温度数据信息，无需对待评估部件急性应变测量，即可实现待评估部件的热疲劳寿命评估，降低热疲劳寿命评估的难度以及实现成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本领域技术人员可以理解，图所示的流程图仅是本申请的实施方式可以在其中得以实现的一个示例，本申请实施方式的适用范围不受到该流程图任何方面的限制。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种热疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；
根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命，其中，所述热疲劳寿命评估模型，包括：
；
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为所述待评估部件的材料熔点，为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待评估部件在第一工况下的温度数据，包括：
根据所述待评估部件的损坏风险确定所述待评估部件的多个测温关注点；
基于所述待评估部件在第一工况下，获取所述多个测温关注点的温度数据，所述温度数据包括：温度变化梯度、最高温度值、平均温度值以及温度差值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命，包括：
分别将所述多个测温关注点的温度数据代入所述热疲劳寿命评估模型，以得到所述待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命；
根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命，包括：
基于所述多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将所述第一热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第一热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于所述多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将所述第二热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第二热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
5.一种热疲劳寿命评估装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待评估部件在第一工况下的温度数据，所述温度数据用于表征所述待评估部件在第一工况下的温度变化历程；
评估模块，用于根据所述温度数据以及预设的热疲劳寿命评估模型确定所述待评估部件的热疲劳寿命；
所述热疲劳寿命评估模型，包括：
；
其中，为热疲劳寿命，为温度变化梯度，为最高温度值，为平均温度值，为温度差值，为所述待评估部件的材料熔点，为所述热疲劳寿命评估模型中预先拟合获得的参数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：
关注点确定子模块，用于根据所述待评估部件的损坏风险确定所述待评估部件的多个测温关注点；
温度获取子模块，用于基于所述待评估部件在第一工况下，获取所述多个测温关注点的温度数据，所述温度数据包括：温度变化梯度、最高温度值、平均温度值以及温度差值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述评估模块，包括：
热疲劳寿命计算子模块，用于分别将所述多个测温关注点的温度数据代入所述热疲劳寿命评估模型，以得到所述待评估部件的多个测温关注点对应的多个热疲劳寿命；
热疲劳寿命确定子模块，用于根据所述多个热疲劳寿命确定所述待评估部件的热疲劳寿命。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述热疲劳寿命确定子模块，具体用于：基于所述多个热疲劳寿命确定第一热疲劳寿命，将所述第一热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第一热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中最低的热疲劳寿命；或，基于所述多个热疲劳寿命确定第二热疲劳寿命，将所述第二热疲劳寿命确定为所述待评估部件的热疲劳寿命，所述第二热疲劳寿命为所述多个热疲劳寿命中的平均热疲劳寿命。
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