一种划分循环应力响应曲线的方法和应用与流程

本发明涉及一种划分循环应力响应曲线的方法，就是在得到应力响应曲线时，对循环三个阶段进行划分。

背景技术：

燃煤为主的能源结构是我国雾霾天气的主要成因之一，而燃煤发电是我国目前最主要的发电方式，该趋势将长期存在。因此，除了改变能源结构，发展高效洁净的超超临界(usc)机组是节能减排的重要途径之一。然而，蒸汽温度和压力等参数的提高导致机组关键高温管道的服役环境非常恶劣，其中高温低周疲劳是常见的一种导致组件失效的形式。因此，弄清疲劳失效的机理对疲劳寿命的评估有非常重要的意义。而对于疲劳失效机理的研究第一步就是对循环变形行为进行表征。

几十年以来，国内外已经从多个方面对循环变形行为进行了研究。其中最基本的是利用应力响应曲线来评价循环变形行为。对于循环硬化材料来说，应力响应曲线一般可以分为应力幅值快速增加的第i阶段，应力幅值呈线性增加的第ii阶段，和应力幅值快速下降的第iii阶段。而其中第ii阶段的长短很大程度上的决定了疲劳寿命。目前，对于循环应力响应曲线的划分，一般都是基于拟合的方法，这种方法只能够粗略的确定三个阶段的分界点，并且没有理论基础。因此，迫切需要寻求一种方法，对循环应力响应曲线三个阶段进行准确划分，这样能够很好的表征循环变形行为，从而进一步准确的分析循环变形的机理。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种划分循环应力响应曲线的方法和应用，引入两个方程来表示过第i阶段和第ii阶段分界点处的斜率，求出这个分界点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种划分循环应力响应曲线的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据实验数据绘制循环应力响应曲线。

步骤2：确定循环第i阶段和循环第ιι阶段的分界点，其中所述循环第i阶段和所述循环第ιι阶段的分界点处的切线过循环应力幅值最大的点。

步骤3：确定循环第ii阶段和循环第iii阶段的分界点，其中把循环应力幅值开始下降的点作为第ii阶段和第iii阶段的分界点。

在上述技术方案中，所述实验数据为低周疲劳试验得到的实验数据。

在上述技术方案中，所述循环第ii阶段的应力幅值呈线性增加。

本发明的另一方面，还包括所述划分循环应力响应曲线的方法在疲劳寿命预测中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种循环应力响应曲线三个阶段的划分方法，与现有模型相比，本发明能够从理论上精确的计算出循环第i阶段和第ii阶段的分界点。进而，精确划分这个三个阶段。

附图说明

图1不同总的应变幅值下的循环应力响应曲线；

图2循环应力幅值增加率曲线在总的应变幅值为0.3％；

图3循环应力曲线三个阶段的划分示意图在总的应变幅值为0.3％；

图4循环应力幅值增加率曲线在总的应变幅值为0.4％；

图5循环应力曲线三个阶段的划分示意图在总的应变幅值为0.4％。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

选取saniro25高温耐热钢为研究对象。在700℃进行总的应变幅值为0.3％的低周疲劳试验。具体实验步骤可参照文献jingh,luoz,xul,etal.lowcyclefatiguebehaviorandmicrostructureevolutionofanovel9cr–3w–3cotemperedmartensiticsteelat650℃[j].materialsscience&engineeringa,2018,731.

本发明的一种循环应力响应曲线三个阶段的划分方法，包括以下步骤：

s1：根据低周疲劳试验的实验数据绘制循环应力响应曲线，如图1所示。

s2：确定循环第i阶段和循环第ιι阶段的分界点。第i阶段和循环第ιι阶段的分界点处的切线应该过循环应力幅值最大的点。首先利用origin软件对循环应力响应曲线进行拟合，其结果如下所示：

y＝-3.28(log(x))³+20.94(log(x))²-5.92log(x)+218.696,(1)

这里y表示的是循环应力幅值和x表示的是循环次数。随后，应力幅值的增加率和循环次数的关系通过对上式求导得到：

y′＝-9.85(log(x))²+41.87log(x)-5.92,(2)

这里y′表示的是循环应力的增加率。由于过循环第i阶段和第ii阶段分界点的切线应该过应力幅值最大的点，所以过这两个点的直线的斜率应该等于上式中的纵坐标的值。通过实

验数据，可知在总的应变幅值为0.3％时，在8011次循环次数下会出现最大应力幅值320.6254mpa。设循环第i阶段和第ii阶段的分界点为(x,y)。所以过第i阶段和第ii阶段分界

点和最大应力幅值的点的斜率可以表示为：

然后令方程2等于方程3，就可以求出第i阶段和第ii阶段的分界点。具体的过程如下所示。把这两个表示斜率的方程2和3画在图2中。从图中可以看出这两条曲线有3个交点。结合常数坐标下的循环应力响应曲线图3，可以知道第二个交点为第i阶段和第ii阶段的分界点4331。

s3：确定循环第ii阶段和循环第iii阶段的分界点。把循环应力幅值开始下降的点作为第ii阶段和第iii阶段的分界点。然后，从实验数据中可以得知应力幅值开始下降的循环次数为10251，对应的应力幅值为318.66452mpa。所以根据这两个点可以确定，应力幅值呈线性增加的循环第ii阶段的方程为：

y＝4.52×10^-4x+314.03,(4)

这里y表示应力幅值和x表示循环次数。循环应力响应曲线的划分展示在图3中。

实施例2

选取saniro25高温耐热钢为研究对象。在700℃进行总的应变幅值为0.4％的低周疲劳试验。具体实验步骤可参照文献jingh,luoz,xul,etal.lowcyclefatiguebehaviorandmicrostructureevolutionofanovel9cr–3w–3cotemperedmartensiticsteelat650℃[j].materialsscience&engineeringa,2018,731.

本发明的一种循环应力响应曲线三个阶段的划分方法，包括以下步骤：

s1：根据上述低周疲劳试验的实验数据绘制循环应力响应曲线，如图1所示。

s2：确定循环第i阶段和循环第ιι阶段的分界点。第i阶段和循环第ιι阶段的分界点处的切线应该过循环应力幅值最大的点。首先利用origin软件对循环应力响应曲线进行拟合，其结果如下所示：

y＝-15.08(log(x))³+77.36(log(x))²-50.61log(x)+244.68,(1)

这里y表示的是循环应力幅值和x表示的是循环次数。随后，应力幅值的增加率和循环次数的关系通过对上式求导得到：

y′＝-45.24(log(x))²+154.73log(x)-50.61,(2)

这里y′表示的是循环应力的增加率。由于过循环第i阶段和第ii阶段分界点的切线应该过应力幅值最大的点，所以过这两个点的直线的斜率应该等于上式中的纵坐标的值。通过实验数据，可知在总的应变幅值为0.4％时，在1141次循环次数下会出现最大应力幅值386.6688mpa。设循环第i阶段和第ii阶段的分界点为(x,y)。所以过第i阶段和第ii阶段分界点和最大应力幅值的点的斜率可以表示为：

然后令方程(2)等于方程(3)，就可以求出第i阶段和第ii阶段的分界点。具体的过程如下所示。把这两个表示斜率的方程(2)和(3)画在图4中。从图中可以看出这两条曲线有3个交点。结合常数坐标下的循环应力响应曲线图5，可以知道第二个交点为第i阶段和第ii阶段的分界点575。

s3：确定循环第ii阶段和循环第iii阶段的分界点。把循环应力幅值开始下降的点作为第ii阶段和第iii阶段的分界点。然后，从实验数据中可以得知应力幅值开始下降的循环次数为1179，对应的应力幅值为386.6302mpa。所以根据这两个点可以确定，应力幅值呈线性增加的循环第ii阶段的方程为：

y＝1.38×10^-2x+370.36,(4)

这里y表示应力幅值和x表示循环次数。循环应力响应曲线的划分展示在图5中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。