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专利号: 2024109046574
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,包括如下步骤:采用不同强化参数制备具有不同表面状态的疲劳试样;

分别检测不同表面状态的疲劳试样的表面粗糙度轮廓、沿深度方向梯度分布的残余应力和沿深度方向梯度分布的显微硬度;

根据不同表面状态的疲劳试样的表面粗糙度轮廓通过有限元仿真确定疲劳试样的应力集中系数Kst;

以深度为横坐标,以沿深度方向梯度分布的残余应力为纵坐标绘制残余应力梯度分布图;对不同表面状态的疲劳试样的残余应力通过余弦衰减函数进行拟合,得到拟合后的残余应力拟合曲线;计算残余应力分布曲线与基体残余应力值水平线所围平均面积;

以深度为横坐标,以沿深度方向梯度分布的显微硬度值为纵坐标绘制显微硬度值梯度分布图;对不同表面状态的疲劳试样的显微硬度通过余弦衰减函数进行拟合,得到拟合后的显微硬度拟合曲线;计算显微硬度分布曲线与基体硬度值所在水平线所围平均面积;

通过疲劳试验获得不同表面状态疲劳试样的疲劳寿命;

根据表面应力集中系数Kst、显微硬度平均包络面积δHV、残余应力所围平均面积 建立疲劳寿命预测模型,具体表示为:式中,ΔKst为强化后表面应力集中系数与无应力集中的差值;δHV为显微硬度分布曲线与基体硬度所围面积的平均值, 为残余应力分布曲线所围面积的平均值;A为疲劳寿命模型中的参数一;α1为疲劳寿命模型中的参数二;α2为疲劳寿命模型中的参数三;α4为疲劳寿命模型中的参数四;α1<0,α2>0,α3>0;

并根据不同表面状态疲劳试样的疲劳寿命确定疲劳寿命预测模型中的参数;

通过疲劳寿命预测模型对待测试样进行疲劳寿命预测。

2.根据权利要求1所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,对不同表面状态的疲劳试样的残余应力通过余弦衰减函数进行拟合,得到拟合后的残余应力拟合曲线,具体根据下面公式确定:式中:σr(h)为残余应力;σr0为基体残余应力;h为表面下深度;Aσ为残余应力场梯度分布曲线第一控制因子;λσ为残余应力场梯度分布曲线第二控制因子;ωσ为残余应力场梯度分布曲线第三控制因子;θσ为残余应力场梯度分布曲线第四控制因子。

3.根据权利要求2所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,计算残余应力分布曲线与基体残余应力值水平线所围平均面积,具体根据下面公式确定:式中: 为残余应力平均包络面积;hσ为残余应力变化层深度;σr′0为实测残余应力值。

4.根据权利要求1所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,对不同表面状态的疲劳试样的显微硬度通过余弦衰减函数进行拟合,得到拟合后的显微硬度拟合曲线,具体根据下面公式确定:式中,HV(h)为显微硬度;HV0为基体显微硬度值;AHV为显微硬度场梯度分布曲线第一控制因子;λHV为显微硬度场梯度分布曲线第二控制因子;ωHV为显微硬度场梯度分布曲线第三控制因子;θHV为显微硬度场梯度分布曲线第四控制因子。

5.根据权利要求4所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,计算显微硬度分布曲线与基体硬度值所在水平线所围平均面积,具体根据下面公式确定:式中,δHV为显微硬度平均包络面积;hHV为显微硬度变化层深度;HV’0为实测基体显微硬度平均值。

6.根据权利要求1所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,至少改变一种滚压强化参数,制备不少于4种不同表面状态滚压疲劳试样;

所述滚压强化参数包括滚压压强、滚压进给、滚压速度和滚压次数。

7.根据权利要求1所述的考虑改性强化表面状态特征及其梯度分布的疲劳寿命预测方法,其特征在于,通过粗糙度轮廓测量仪检测不同表面状态的疲劳试样的表面粗糙度轮廓;

采用X射线衍射残余应力测试仪检测不同表面状态的疲劳试样的沿深度方向梯度分布的残余应力;采用韦氏显微硬度计检测不同表面状态的疲劳试样的沿深度方向梯度分布的显微硬度。