(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111512293.8 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 北京理工大 学 地址 北京市海淀区中关村南大街5号 (72)发明人 焦黎　梁嘉斌　颜培　仇天阳　 王西彬　 (74)专利代理 机构 石家庄德皓专利代理事务所 (普通合伙) 1312 9 代理人 杨瑞龙 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 10/00(2019.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多轴疲劳寿 命预测方法 (57)摘要 本发明涉及零件疲劳寿命的的研究， 具体涉 及一种样件在承受多轴载荷时其疲劳寿命预测 的方法。 本发明以样件表层电子背散射衍射 (EBSD)数据生成代表 体积元， 建立材料晶体塑形 有限元模型并进行疲劳试验， 最后输入样件所承 受的多轴载荷， 并预测样件的疲劳寿命。 本发明 通过拍摄样 件表层EBSD图像， 获取了材料的真实 晶体数据， 并用其生成的代表体积元来建立多轴 疲劳寿命预测模型， 大大提高了模型的精度； 本 发明晶体塑性参数的确定仅需进行一次简单拉 伸和两次不同载荷下的疲劳实验， 即可通过仿真 拟合求得， 既减少了进行纳米压痕和霍普金斯压 杆等复杂的实验的花费， 又避免了尺寸效应， 增 加了参数的准确性。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114186461 A 2022.03.15 CN 114186461 A 1.一种多轴疲劳寿命预测方法， 其特 征在于包括以下步骤： ①以样件表层电子背散射 衍射(EBSD)数据生成代 表体积元； ②建立材料晶体塑形有限元模型并进行疲劳试验； 201建立该 材料的晶体塑性本构方程： F＝FeFp  (1) 式中F为变形梯度张量， Fp为塑性变形梯度张量， Fe为弹性变形梯度张量， Lp为中间构型 塑性速度梯度， 为剪切应变率， sα和mα分别为滑移系α 的滑移方向和滑移面法向上的单位 矢量； 202确定剪切应变率 为： 式中 为参考应变率， τα为滑移系α 上的解析剪应力， gα为滑移系α 上的滑移系统阻力， m 为速率灵敏度参数； 203确定滑移系统阻力gα为： 式中 为滑移系α 的初始阻力， 为滑移系α 的阻力 率， qsl为潜硬化与自硬化之比， δαr 为克罗内克函数符号， hr为材料的潜在硬化模量； 204确定潜在硬化模量hr为： 式中h0为初始硬化模量， τs为饱和应力， τ0为初始临界分解剪应力， n 为硬化指数； 205在常温下对待测试材料进行单轴拉伸 试验以及两种不同加载下的疲劳实验， 并使 用引伸计记录疲劳过程中的应力和应变， 得到拉伸曲线、 滞回曲线以及该载荷下 的疲劳寿 命； 重复步骤201 ‑204模拟单轴拉伸试验以及两种 不同加载下的疲劳实验， 得到拉伸曲线， 循环软化曲线和滞回曲线； ③输入样件所承受的多轴载荷， 并预测样件的疲劳寿命； 301执行步骤 ②中的方法， 输入样件所承受的疲劳载荷， 利用建立的晶体塑形有限元模 型模拟裂纹萌生初期的疲劳响应， 并按式(7)和式(8)计算塑性应 变能： 式中， σ(t)、 ε(t)、 τ(t)和γ(t)分别为t时刻模拟的代表体积元的轴向应力、 轴向应变、权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186461 A 2剪切应力和剪切应 变； 302利用式(9)和式(10)拟合得到的轴向塑性应变 能和剪切塑性应变 能曲线， 并求得K1 和K2的值； 式中K1为影响轴向塑性应变能增长速率的因子， K2为影响剪切塑性应变能增长速率的 因子， c1和c2为轴向应 变能和剪切应 变能初值； 303根据式(1 1)获得Kc2的值： Kc2＝K12+3K12  (11) 2.根据权利要求1所述的一种多轴疲劳寿命预测方法， 其特 征在于， 所述 步骤①包括： 101在样件表面线切割部分材料， 制样并拍摄EBSD图像， 获取样件 的晶粒类型， 晶粒尺 寸分布和晶界角分布等晶体数据； 102设置待生成的代 表体积元的 晶格数和分辨 率并生成样件代 表体积元模型。 3.根据权利要求1所述的多轴疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述步骤 ③包括： 将步 骤②中实验所得的两种载荷下疲劳寿命以及其各自Kc2的值带入式(10)中进行计算， 求得C 和R： lg(Nf)＝CKc2+R  (12) 式中Nf为其多轴疲劳寿命， Kc2为预测多轴疲劳寿命 的因素， C和R为拟合线性函数的参 数； 将需要预测的样件所承受的疲劳载荷仿真所求得 Kc2值带入式(10)， 预测其 疲劳寿命Nf。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186461 A 3