结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法及装置

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1.本公开涉及材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法及结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置。

背景技术：

2.对于球墨增强类材料，在加工后进行表面粗糙度测量时球墨颗粒能保留在试件表面，但在疲劳试验过程中表面及临近表面部分的球墨颗粒极易脱落，形成凹坑这类表面缺陷，受疲劳载荷过程中易形成裂纹源，从而造成疲劳寿命的缩短。
3.现有技术中的寿命预测方法中，无法完全将采用不同加工工艺加工材料后的表面破碎的球墨颗粒造成的凹坑考虑进去，使得材料疲劳寿命预测精度较低。
4.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

5.本公开的目的在于提供一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法及结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置，旨在提高材料疲劳寿命预测精度。
6.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
7.根据本公开实施例的一方面，提供了一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，包括：获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。
8.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述方法还包括：构建所述加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系，所述构建所述加工工艺与表面应力集中系数之间的映射关系，包括：配置多个加工属性信息；参考gb/t 15248-2008设计疲劳试样尺寸，并按照各所述加工属性信息分别对疲劳试样的标距段进行疲劳试验，得到各加工属性信息分别对应的加工试样；基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，以构建所述映射关系。
9.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，包括：针对一加工属性信息，确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积以及轮廓总面积作为所述表面缺陷信息；基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数；遍历所述加工属性信息，以得到各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数。
10.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述确定所述加工属性信息对应加工
试样的缺陷总面积，包括：观测所述加工试样的加工表面得到缺陷的球墨凹坑以及球墨粉末条带；测量所述球墨凹坑的剩余颗粒直径以计算圆形缺陷面积，以及测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积；将所述圆形缺陷面积和所述条状缺陷面积相加得到所述缺陷总面积。
11.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积，包括：基于所述球墨粉末条带的条状面积和条状厚度计算剩余颗粒体积；根据所述剩余颗粒体积将所述球墨粉末条带转换为等效缺陷球墨，以确定所述等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径；基于所述剩余颗粒等效半径计算所述条状缺陷面积。
12.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数，包括：基于所述缺陷总面积计算等效缺陷半径，以及基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算轮廓占比系数和缺陷占比系数；根据初始轮廓曲率半径、所述等效缺陷半径、所述轮廓占比系数和所述缺陷占比系数确定修正轮廓曲率半径；根据所述修正轮廓曲率半径、载荷因子和轮廓算术平均偏差值计算所述表面应力集中系数。
13.根据本公开的一些实施例，基于前述方案，所述方法还包括：确定所述疲劳寿命预测表达式，所述确定所述疲劳寿命预测表达式，包括：将疲劳寿命模型中的材料参数与所述加工属性信息和所述表面应力集中系数进行拟合，得到所述材料参数关于所述加工属性信息和所述表面应力集中系数的材料参数表达式；将所述材料参数表达式带入所述疲劳寿命公式得到所述疲劳寿命预测表达式。
14.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置，包括：获取模块，用于获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；确定模块，用于基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；预测模块，用于将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。
15.本公开示例性实施例可以具有以下部分或全部有益效果：
16.在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，预先根据不同加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算表面应力集中系数，进而在材料寿命预测时对加工后表面形貌引起的表面应力集中系数进行补充，从而减少表面球墨颗粒的缺失造成初始缺陷对疲劳寿命结果的影响，提高预测精度；另一方面，预先设计了包括加工属性信息和表面应力集中系数的疲劳寿命预测表达式，同时表面应力集中系数与加工属性信息具有映射关系，所以能够充分考虑材料的加工工艺来进行材料的寿命预测，预测精度更高。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开
的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
19.图1示意性示出本公开示例性实施例中一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法的流程示意图；
20.图2示意性示出本公开示例性实施例中一种疲劳试验件尺寸形式的示意图；
21.图3示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷面积俯视图；
22.图4示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷面积三维立体图；
23.图5示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷三维立体图；
24.图6示意性示出本公开示例性实施例中一种曲线拟合的结果示意图；
25.图7示意性示出本公开示例性实施例中一种预测结果与试验结果的对比示意图；
26.图8示意性示出本公开示例性实施例中一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置的组成示意图。
具体实施方式
27.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
28.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
29.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
30.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
31.以下对本公开实施例的技术方案的实现细节进行详细阐述。
32.图1示意性示出本公开示例性实施例中一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括步骤s101至步骤s103：
33.步骤s101，获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；
34.步骤s102，基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；
35.步骤s103，将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。
36.在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，预先根据不同加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算表面应力集中系数，进而在材料寿命预测时考虑了加工表面由
于表面缺陷造成的缺陷引起的应力集中情况，补充了表面粗糙度引起的表面应力集中系数，从而减少表面球墨颗粒的缺失造成初始缺陷对疲劳寿命结果的影响，提高预测精度；另一方面，预先设计了包括加工属性信息和表面应力集中系数的疲劳寿命预测表达式，同时表面应力集中系数与加工属性信息具有映射关系，所以能够充分考虑材料的加工工艺来进行材料的寿命预测，预测精度更高。
37.下面，将结合附图及实施例对本示例实施方式中的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法的各个步骤进行更详细的说明。
38.在步骤s101中，获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值。
39.在本公开的一个实施例中，待预测材料可以是球墨铸铁这种球墨增强材料。球墨颗粒在加工后进行表面粗糙度测量时能保留在试件表面，但存在表面及临近表面部分的球墨颗粒在疲劳试验过程中极易脱落，形成凹坑这类表面缺陷，受疲劳载荷过程中易形成裂纹源，从而造成疲劳寿命的缩短。
40.目标加工属性信息则是指该待预测材料的加工工艺。加工属性信息可以包括进给速度、切削深度以及主轴转数等信息，例如进给速度20mm/min、切削深度0.2mm，主轴转数为90n/min。
41.应力幅值即s-n(stress-life)疲劳寿命公式中的s，反应应力水平。
42.在步骤s102中，基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的。
43.在本公开的一个实施例中，预先构建了加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系。在获取到待预测材料的目标加工属性信息后，根据映射关系查询该目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数，记为k
t
。
44.在本公开的一个实施例中，所述方法还包括：构建所述加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系，具体包括以下步骤：
45.步骤一、配置多个加工属性信息；
46.步骤二、参考gb/t 15248-2008设计疲劳试样尺寸，并按照各所述加工属性信息分别对疲劳试样的标距段进行疲劳试验，得到各加工属性信息分别对应的加工试样；
47.步骤三、基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，以构建所述映射关系。
48.具体地，首先在步骤一中，需要考虑不同的加工工艺，以配置多个加工属性信息，加工属性信息可以包括进给速度、切削深度以及主轴转数等。
49.然后在步骤二中，参考gb/t 15248-2008设计疲劳试样尺寸，并开展相同材料不同加工工艺下的标准件疲劳试验。
50.图2示意性示出本公开示例性实施例中一种疲劳试验件尺寸形式的示意图，设计的疲劳试验件尺寸形式如图2所示。
51.具体地，可以采用与镗削加工工艺一致的双面圆弧疲劳试验件，更贴近实际加工及工作状况。对于不同工艺加工后的疲劳试样的标距段保留加工痕迹，其余部分通过打磨抛光。疲劳试验条件为应力比r＝0.1，载荷为正弦波，频率为105-110hz。
52.最后在步骤三中，对加工试样进行观测得到表面缺陷信息，进而根据表面缺陷信
息计算表面应力集中系数。
53.在本公开的一个实施例中，所述基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，包括：
54.步骤一、针对一加工属性信息，确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积以及轮廓总面积作为所述表面缺陷信息；
55.步骤二、基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数；
56.步骤三、遍历所述加工属性信息，以得到各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数。
57.具体地，在步骤一中，首先根据在加工后表面均匀取点，借助三维超景深等视觉观测设备进行观测，确定加工试样的表面缺陷信息，包括缺陷总面积以及轮廓总面积，其中缺陷总面积包括圆形缺陷面积和条状缺陷面积。
58.表面形貌测量试验可以采用方块状试样，尺寸为10
×
10
×
8mm，试样经过线切割等加工及除加工痕迹面其余表面抛光处理，而后用超声波进行乙醇除水、丙醇除油，烘干后置于干燥器中待用，利用三维超景深等设备进行表面形貌的观测。
59.所述确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积，包括：观测所述加工试样的加工表面得到缺陷的球墨凹坑以及球墨粉末条带；测量所述球墨凹坑的剩余颗粒直径以计算圆形缺陷面积，以及测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积；将所述圆形缺陷面积和所述条状缺陷面积相加得到所述缺陷总面积。
60.图3示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷面积俯视图；图4示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷面积三维立体图。参考图3和图4所示，在加工材料为石墨铸铁类材料时，加工后留下凹坑及通过球墨破碎后的球墨粉末条带，统计所有的球墨凹坑以计算圆形缺陷面积，记为s
圆形
，统计所有的球墨粉末条带以计算条状缺陷面积，记为s
条状
，最终得到缺陷总面积。
61.针对圆形缺陷面积s
圆形
，共有i个球墨凹坑，测量每一球墨凹坑剩余颗粒直径以计算圆形缺陷面积，如公式(1)所示：
[0062][0063]
其中，d1、d2…di-1
、di分别为加工表面统计的各球墨凹坑的剩余颗粒直径。
[0064]
针对条状缺陷面积s
条状
，共有j个球墨粉末条带，测量每一球墨粉末条带的条状面积和条状厚度，将其转换为等效缺陷球墨，进而通过等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径计算条状缺陷面积。
[0065]
需要说明的是，球墨破碎只是加工后表面缺陷的一种表现形式，在实际的应用场景中，表面缺陷还包括表面加工刀痕、材料铸造缺陷(受加工后暴露在表面)、表面氧化等缺陷，同样可以按照上述方法分别计算加工表面缺陷的圆形缺陷面积s
圆形
和条状缺陷面积s
条状
。
[0066]
具体地，所述测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积，包括：基于所述球墨粉末条带的条状面积和条状厚度计算剩余颗粒体积；根据所述剩余颗粒体积将所述球墨粉末条带转换为等效缺陷球墨，以确定所述等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径；基于所述剩余颗粒等效半径计算所述条状缺陷面积。
[0067]
根据表面形貌的观测，提取球墨颗粒缺陷后的条状面积，根据颜的深浅来区分缺陷后球墨的条状厚度，结合试验观测的结果并对其进行局部的收集称重，来确定球墨粉末条带对应的剩余颗粒体积，记为v
剩余1
，如公式(2)所示：
[0068]v剩余1
＝sj·dj
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0069]
其中，sj为加工试样表面第j条球墨粉末条带的条状面积，dj为该球墨粉末条带的条状厚度。
[0070]
同时，将球墨粉末条带视为等效缺陷球墨，对于等效缺陷球墨来说，可以根据在球坐标系下球墨颗粒缺陷的体积的三重积分推导出球墨粉末条带对应的理论剩余颗粒体积，记为v
剩余2
。
[0071]
图5示意性示出本公开示例性实施例中一种加工表面缺陷三维立体图。参考图5所示，白部分为球墨缺失部分，灰部分为球墨剩余部分，rq为球墨铸铁材料中的球墨颗粒半径，hi为球墨颗粒缺陷后的表面距离颗粒圆心的距离，图中黑部分为球墨颗粒缺陷后的剩余面积，灰部分为球墨颗粒缺陷后的剩余体积v
剩余2
，等效缺陷球墨的理论剩余颗粒体积通过简化成三重积分在球坐标系下的问题，得到v
剩余2
的表达式，如公式(3)所示：
[0072][0073]
其中，
[0074]
将公式(3)化简得到理论剩余颗粒体积v
剩余2
，如公式(4)所示：
[0075][0076]
联立v
剩余1
＝v
剩余2
，即可以得到该球墨粉末条带对应的等效缺陷高低hj的表达式，hj的求解是个一元三次方程的求解，根据具体数值的不同，解有不同的表达式。
[0077]
将第j个球墨粉末条带的等效缺陷高低记为hj，可以根据hj得到剩余颗粒等效半径r
fj
，如公式(5)所示：
[0078][0079]
其中，rq为等效缺陷球墨的球墨颗粒半径。
[0080]
计算每一球墨粉末条带对应的等效缺陷球墨的缺陷面积以得到条状缺陷面积s
条状
，如公式(6)所示：
[0081]s条状
＝π(r
f12
+r
f22
+
…
+r
f(j-1)2
+r
fj2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0082]
其中，r
fj
为各球墨粉末条带对应等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径。
[0083]
将圆形缺陷面积s
圆形
和条状缺陷面积s
条状
相加得到所述缺陷总面积s
总破碎
，如公式(7)所示：
[0084]s总破碎
＝s
圆形
+s
条状
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0085]
对于轮廓总面积s
总轮廓
，可以通过观测设备测量得到。
[0086]
在步骤二中，基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数；
[0087]
具体地，所述基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数，包括：基于所述缺陷总面积计算等效缺陷半径，以及基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算轮廓占比系数和缺陷占比系数；根据初始轮廓曲率半径、所述等效缺陷半径、所述轮廓占比系数和所述缺陷占比系数确定修正轮廓曲率半径；根据所述修正轮廓曲率半径、载荷因子和轮廓算术平均偏差值计算所述表面应力集中系数。
[0088]
等效缺陷半径与缺陷总面积之间的关系如公式(8)所示：
[0089][0090]
因此，在得到了缺陷总面积s
总破碎
后，可以计算出等效缺陷半径r
等效
。
[0091]
同时可以计算轮廓占比系数δ1和缺陷占比系数δ2分别如公式(9)和公式(10)所示：
[0092][0093][0094]
在微观缺口处的应力集中系数中，在原有的有效轮廓谷底曲率半径，即初始轮廓曲率半径的基础上加上表面缺陷总的等效缺陷半径r
等效
，得到修正后的轮廓曲率半径ρ
修正
，如公式(11)所示：
[0095][0096]
其中，为初始轮廓曲率半径，r
等效
为等效缺陷半径，δ1为轮廓占比系数，δ2为缺陷占比系数。
[0097]
然后推导出不同加工工艺相应的表面应力集中系数k
t
，如公式(12)所示：
[0098][0099]
其中，ρ
修正
为修正轮廓曲率半径；m为载荷因子，m＝1时表示受剪切载荷，m＝2时表示受均匀拉伸载荷；ra为轮廓算术平均偏差值，可以由粗糙度测量仪等设备测量得到。
[0100]
需要说明的是，对于每一加工属性信息，需要计算该加工属性信息对应的表面应力集中系数，因此在步骤三中，遍历配置的所有加工属性信息，得到各加工属性信息对应的表面应力集中系数，如表1所示。
[0101]
表1不同加工属性信息下的表面应力集中系数
[0102]
加工属性信息ra(μm)ρ
修正
(μm)表面应力集中系数k
t
90n/min,20mm/min,0.2mm2.654153.1641.033120n/min,20mm/min,0.2mm2.552278.2451.018150n/min,20mm/min,0.2mm1.891259.7911.014180n/min,20mm/min,0.2mm2.395210.8501.022
[0103]
在步骤s103中，将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述
[0124]
a＝2164.33429-27.66841
×
180
×
1.022+0.10981
×
(180
×
1.022)2[0125]
a＝790.565
[0126]
b＝-353.77388+5.27549
·n·kt-0.02092
·
(n
·kt
)2[0127]
b＝-353.77388+5.27549
×
180
×
1.022-0.02092
×
(180
×
1.022)2[0128]
b＝-91.254
[0129]
从而得到s-n预测曲线为s＝790.565-91.254
·
log(n)，由此推出预测疲劳寿命为
[0130]
再将待预测材料的应力幅值s带入n1即可得到待预测材料的预测疲劳寿命。
[0131]
在本公开的一个实施例中，为了检验预测疲劳寿命的准确性，将试验数据拟合的真实疲劳寿命和预测疲劳寿命进行对比。
[0132]
根据试验数据结果拟合180n/min的s-n拟合公式为s＝510.687-44.157
·
log(n)，得到拟合的实际疲劳寿命为
[0133]
在同一应力s水平下，计算预测疲劳寿命n1与实际疲劳寿命为n2的比值δ，结果如公式(17)所示：
[0134][0135]
令δ的值在两倍误差限范围内的时候，即为2或0.5时，可得其上下限对应的应力水平分别如公式(18)和公式(19)所示：
[0136][0137][0138]
图7示意性示出本公开示例性实施例中一种预测结果与试验结果的对比示意图。参考图7所示，对于180n/min主轴转数(进给速度20mm/min、切削深度0.2mm)的加工工艺下，疲劳寿命预测模型与试验数据的对比结果如下，发现其在应力幅值在223-274mpa范围内，误差范围在2倍误差限内，具有较好的预测效果。
[0139]
若应力幅值s＝250mpa时，预测疲劳寿命n1与实际疲劳寿命为n2分别如公式(20)和公式(21)所示：
[0140][0141][0142]
基于上述方法，将加工表面缺陷后造成的表面缺陷考虑到不同工艺加工表面的表面应力集中系数k
t
中，将其代入应力寿命模型的半对数线性关系s＝a+blgn中a、b两参数，结合3种工艺的疲劳试验得到的数据拟合后的s-n曲线关系式，得到加工工艺n(主轴转数)
及表面应力集中系数k
t
与a、b两参数的拟合关系式，然后对新的工艺参数下的疲劳寿命进行预测，预测结果在一定的应力范围(223-274mpa)内与试验数据拟合曲线处于2倍误差限范围内。
[0143]
因此，本公开提供的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法考虑了不同加工工艺下，加工表面应力集中系数中粗糙度影响的同时，测量与统计了如球墨颗粒缺失等的表面缺陷存在的影响，并在疲劳寿命模型中引入加工留下的表面缺陷影响后的表面应力集中系数，能利用已有加工工艺的疲劳寿命数据，建立了新的工艺参数局部有效的疲劳寿命预测模型，实现一定应力范围内寿命的有效预测。并且能够减小疲劳试验需要的样品数量，有效提高现有疲劳数据的利用率，能达到一定的预测效果。
[0144]
图8示意性示出本公开示例性实施例中一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置的组成示意图，如图8所示，该结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置800可以包括获取模块801、确定模块802以及预测模块803。其中：
[0145]
获取模块801，用于获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；
[0146]
确定模块802，用于基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；
[0147]
预测模块803，用于将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。
[0148]
根据本公开的示例性实施例，所述结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置800还可以包括映射模块，包括配置单元、试验单元和计算单元；其中，配置单元用于配置多个加工属性信息；所述试验单元用于参考gb/t 15248-2008设计疲劳试样尺寸，并按照各所述加工属性信息分别对疲劳试样的标距段进行疲劳试验，得到各加工属性信息分别对应的加工试样；所述计算单元用于基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，以构建所述映射关系。
[0149]
根据本公开的示例性实施例，所述计算单元还用于针对一加工属性信息，确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积以及轮廓总面积作为所述表面缺陷信息；基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数；遍历所述加工属性信息，以得到各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数。
[0150]
根据本公开的示例性实施例，所述计算单元还用于根据本公开的示例性实施例，观测所述加工试样的加工表面得到缺陷的球墨凹坑以及球墨粉末条带；测量所述球墨凹坑的剩余颗粒直径以计算圆形缺陷面积，以及测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积；将所述圆形缺陷面积和所述条状缺陷面积相加得到所述缺陷总面积。
[0151]
根据本公开的示例性实施例，所述计算单元还用于基于所述球墨粉末条带的条状面积和条状厚度计算剩余颗粒体积；根据所述剩余颗粒体积将所述球墨粉末条带转换为等效缺陷球墨，以确定所述等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径；基于所述剩余颗粒等效半径计算所述条状缺陷面积。
[0152]
根据本公开的示例性实施例，所述计算单元还用于基于所述缺陷总面积计算等效缺陷半径，以及基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算轮廓占比系数和缺陷占比系
数；根据初始轮廓曲率半径、所述等效缺陷半径、所述轮廓占比系数和所述缺陷占比系数确定修正轮廓曲率半径；根据所述修正轮廓曲率半径、载荷因子和轮廓算术平均偏差值计算所述表面应力集中系数。
[0153]
根据本公开的示例性实施例，所述结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置800还可以包括计算模块，所述计算模块用于确定所述疲劳寿命预测表达式，包括：将疲劳寿命模型中的材料参数与所述加工属性信息和所述表面应力集中系数进行拟合，得到所述材料参数关于所述加工属性信息和所述表面应力集中系数的材料参数表达式；将所述材料参数表达式带入所述疲劳寿命公式得到所述疲劳寿命预测表达式。
[0154]
上述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置800中各模块的具体细节已经在对应的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
[0155]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0156]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
[0157]
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：

1.一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。2.根据权利要求1所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述方法还包括：构建所述加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系，所述构建所述加工工艺与表面应力集中系数之间的映射关系，包括：配置多个加工属性信息；参考gb/t 15248-2008设计疲劳试样尺寸，并按照各所述加工属性信息分别对疲劳试样的标距段进行疲劳试验，得到各加工属性信息分别对应的加工试样；基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，以构建所述映射关系。3.根据权利要求2所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述基于各所述加工试样的表面缺陷信息计算各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数，包括：针对一加工属性信息，确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积以及轮廓总面积作为所述表面缺陷信息；基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数；遍历所述加工属性信息，以得到各所述加工属性信息分别对应的表面应力集中系数。4.根据权利要求3所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述确定所述加工属性信息对应加工试样的缺陷总面积，包括：观测所述加工试样的加工表面得到缺陷的球墨凹坑以及球墨粉末条带；测量所述球墨凹坑的剩余颗粒直径以计算圆形缺陷面积，以及测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积；将所述圆形缺陷面积和所述条状缺陷面积相加得到所述缺陷总面积。5.根据权利要求4所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述测量所述及球墨粉末条带的条状面积和条状厚度以计算条状缺陷面积，包括：基于所述球墨粉末条带的条状面积和条状厚度计算剩余颗粒体积；根据所述剩余颗粒体积将所述球墨粉末条带转换为等效缺陷球墨，以确定所述等效缺陷球墨的剩余颗粒等效半径；基于所述剩余颗粒等效半径计算所述条状缺陷面积。6.根据权利要求3所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算表面应力集中系数，包括：基于所述缺陷总面积计算等效缺陷半径，以及基于所述缺陷总面积和所述轮廓总面积计算轮廓占比系数和缺陷占比系数；根据初始轮廓曲率半径、所述等效缺陷半径、所述轮廓占比系数和所述缺陷占比系数
确定修正轮廓曲率半径；根据所述修正轮廓曲率半径、载荷因子和轮廓算术平均偏差值计算所述表面应力集中系数。7.根据权利要求1所述的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述方法还包括：确定所述疲劳寿命预测表达式，所述确定所述疲劳寿命预测表达式，包括：将疲劳寿命模型中的材料参数与所述加工属性信息和所述表面应力集中系数进行拟合，得到所述材料参数关于所述加工属性信息和所述表面应力集中系数的材料参数表达式；将所述材料参数表达式带入所述疲劳寿命公式得到所述疲劳寿命预测表达式。8.一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；确定模块，用于基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；预测模块，用于将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。

技术总结

本公开涉及材料疲劳寿命预测技术领域，具体涉及一种结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法及装置。该结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法包括：获取待预测材料的目标加工属性信息以及应力幅值；基于加工属性信息与表面应力集中系数之间的映射关系确定所述目标加工属性信息对应的目标表面应力集中系数；其中，所述表面应力集中系数是基于所述加工属性信息对应加工试样的表面缺陷信息计算的；将所述目标加工属性信息、所述目标表面应力集中系数以及所述应力幅值带入疲劳寿命预测表达式，得到所述待预测材料的预测寿命。本公开提供的结合加工工艺影响的材料疲劳寿命预测方法能够提高材料疲劳寿命预测精度。法能够提高材料疲劳寿命预测精度。法能够提高材料疲劳寿命预测精度。