1.一种基于损伤力学的高强金属材料变幅超高周疲劳寿命预测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)采用超声疲劳方法对高强金属材料进行超高周次疲劳试验,试验频率20kHz,获得材料疲劳强度-寿命数据,绘制材料疲劳S-N曲线,根据S-N曲线计算参数S和S1,其中S为材料疲劳损伤强度,S1为非线性累积参数;
(2)对高强金属材料进行拉伸试验,加载速率0.00007s-1~0.002s-1,绘制高强金属材料的拉伸曲线,并根据拉伸曲线得出材料的弹性模量E、硬化系数k、材料参数C=0.6E/k、抗拉强度σb;
(3)对高强金属材料进行金相处理,选取其显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元,用显微硬度计采用显微硬度计测定初生α相的硬度与转变β相的硬度,将α相的硬度值设定为α相的弹性模量Ea,将转变β相的硬度值设定为转变β相的弹性模量Eb;
(4)利用Abaqus有限元分析方法计算材料显微组织的力学参数Kf,对进行高强金属材料试样,并对其进行金相处理,在高强金属材料的显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元,对代表单元进行局部细化网格,施加远场应力σn,并输入步骤(3)中所测定的α相的弹性模量Ea及转变β相的弹性模量Eb,计算初生α相附近区域的应力分布,获得最大应力σmax,则力学参数Kf=σmax/σn;
(5)将以上述测定的参数代入并建立高强金属材料疲劳性能方程:其中σM为疲劳强度,NR为疲劳寿命,S为材料疲劳损伤强度,S1为非线性累积参数,σe为材料的疲劳极限且 E为材料的弹性模量,k为材料的硬化系数,C为材料参数其C=
0.6E/k;
为三向应力函数: 其中ν为材料泊松比其值取
0.33;
Kf为反映材料热处理工艺及显微组织特征的参数;
(6)通过高强金属材料的疲劳性能方程,绘制高强金属材料疲劳性能曲线;
(7)根据损伤力学理论,建立高强金属材料的含预损伤Di-1的第i应力水平下的疲劳损伤演化方程;
式中Di为第i个应力谱块(σi)的疲劳损伤,Di-1为第i-1个应力谱块的疲劳损伤,Dc,i为第i个应力谱块的疲劳临界损伤;Ni为第i个应力谱块的循环周次数,NR,i为在第i个应力幅下的疲劳寿命;
(8)第i个应力谱块的疲劳临界损伤Dc,i为:
式中,Dk为拉伸断裂损伤值,一般取0.1;
(9)根据损伤力学理论,第i-1个应力谱块的疲劳损伤Di-1在第i个应力谱块的疲劳损伤等效值为:则在第i应力谱块下的疲劳等效损伤演化方程:
(10)根据疲劳等效损伤演化方程,计算第i个谱块(σi,Ni)下的疲劳损伤Di;
(11)比较疲劳损伤Di与疲劳临界损伤Dc,i;如果Di<Dc,i,则不断地疲劳循环损伤计算;
如果Di≥Dc,i,则疲劳裂纹发生扩展断裂,疲劳寿命为N=N0+∑Ni-1;N0为在第i个应力谱块下Di=Dc,i时的实际循环周次数。