基于Strohmeyer模型的金屬材料P-S-N曲線表征方法研究

摘要： 基于Strohmeyer模型提出一種考慮置信度的金屬材料P-S-N曲線通用表征方法，利用非線性最小二乘法（NLS）擬合得到高精度P-S-N曲線。考慮金屬材料壽命及測試應(yīng)力分散性，提出單一壽命模型和改進(jìn)三參數(shù)分散度模型，結(jié)合對數(shù)壽命標(biāo)準(zhǔn)差與應(yīng)力的相關(guān)性分析數(shù)據(jù)離散度，分別利用 2A12鋁合金和BSM590鋼材料驗證了可行性。研究結(jié)果表明：利用所提出的表征方法預(yù)測疲勞極限，誤差小于10%，分散度模型調(diào)整系數(shù)提高超過0.4，擬合精度顯著提高，對結(jié)構(gòu)件的精細(xì)化可靠性設(shè)計提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞： 金屬材料；疲勞壽命；預(yù)測模型

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.04.007

中圖分類號：TK427;TG113.255文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號： 1001-2222（2024）04-0046-08

隨著國家碳中和戰(zhàn)略廣泛推進(jìn)，汽車發(fā)動機(jī)以高功率、低排放、輕量化為價值導(dǎo)向，對性能和可靠性提出了更高的要求，其中疲勞強(qiáng)度是提高發(fā)動機(jī)可靠性的關(guān)鍵因素之一。據(jù)統(tǒng)計，汽車結(jié)構(gòu)件接近70%失效由高周疲勞應(yīng)力引起［1］，通常表現(xiàn)為疲勞破壞。雖然考慮到材料內(nèi)部缺陷和載荷不均的影響，汽車零部件實(shí)際工作應(yīng)力低于許用應(yīng)力，但長時間載荷作用下的零部件仍然易發(fā)生高周疲勞破壞，導(dǎo)致產(chǎn)品整體使用可靠性降低。此外，金屬材料的疲勞壽命具有顯著的分散性，不利于確定疲勞極限［2］，增加了產(chǎn)品使用壽命的不確定性。因此，擬合高精度的P-S-N曲線對產(chǎn)品可靠性設(shè)計有重大意義。

為確定應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系，研究者提出了多種預(yù)測疲勞壽命曲線的方法。傅惠民等［3］提出了基于Strohmeyer模型的壽命預(yù)測方法，對于S-N曲線擬合準(zhǔn)確性高，適用性廣，但在P-S-N曲線擬合方面的可行性有待驗證。……