專利名稱：多軸疲勞分析方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體材料的疲勞強度特性測試領域，特別涉及一種多軸疲勞分析技術。
背景技術：
多軸(含雙軸，以下統稱為多軸)疲勞是指多軸向應力或應變作用下的疲勞，也稱為復合疲勞。多軸疲勞損傷發生在多軸循環加載條件下，加載過程中有兩個或三個應力(或應變)分量獨立地隨時間發生周期性變化。這些應力(應變)分量的變化可以是同相位的，按比例的，也可以是非同相、非比例的。通常情況下，將多軸疲勞的問題等效為單軸疲勞問題來處理，這樣的計算結果偏于保守，同時，等效為單軸的方法沒有考慮到疲勞失效的裂紋的方向性，這種處理方法忽略了疲勞失效的內在機理，從而不夠準確。 多軸疲勞可以分為比例加載和非比例加載。至今多軸疲勞的壽命計算方法很多，在這些多軸疲勞算法中，至少需要兩個方向的載荷(幅值、均值)作為壽命計算的輸入條件，如何有效地從復雜的載荷時間歷程中獲得用于壽命計算的載荷循環計數是影響疲勞分析效果的關鍵。現有的雨流計數法技術能夠處理一組載荷數據的循環計數。不能在雨流循環計數之前進行比例載荷和非比例載荷的判斷，無法有效地處理2組載荷變量之間的協同雨流循環計數。
發明內容
本發明的目的在于提供一種多軸疲勞分析方法及其系統，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計算過程。 為解決上述技術問題，本發明的實施方式公開了一種多軸疲勞分析方法，包括以下步驟讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成；對N組載荷數據組進行相關性分析；若分析結果大于預定門限，則先對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命；若分析結果不大于預定門限，則對N組載荷數據組先進行本發明所提出的多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。本發明的實施方式還公開了一種多軸疲勞分析系統，包括以下模塊讀取模塊，用于讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成；分析模塊，用于對讀取模塊讀取的N組載荷數據組進行相關性分析；第一處理模塊，用于若分析模塊分析出的分析結果大于預定門限，則先對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命；第二處理模塊，用于若分析模塊分析出的分析結果不大于預定門限，則對N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。本發明實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在于先于疲勞分析進行數據分析，可以有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，從而加快相關性分析結果大于預定門限的比例多軸數據組的疲勞壽命計算過程。將數據分析的技術應用在確定疲勞計算的載荷處理上，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計算過程。
進一步地，通過比較方差大小確定主軸載荷數據組和副軸載荷數據組，以便按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法，從而獲取損傷或壽命。進一步地，在載荷數據相關性分析之前，先進行主軸載荷數據組的參數計算，為比例載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理和為非比例載荷數據組進行多軸壽命算法或疲勞安全系數算法提供必要前提條件。進一步地,在主軸載荷數據組的參數計算之后,再進行副軸載荷數據組的參數計算，為非比例載荷數據組進行多軸壽命算法或疲勞安全系數算法提供必要前提條件，進一步加快了疲勞分析速度。進一步地，通過等效單軸處理方法，使得比例多軸載荷數據組可以按照單軸載荷數據處理，從而進一步減少計算量和增加準確性。
圖I是本發明第一實施方式中一種多軸疲勞分析方法的流程示意圖；圖2是本發明第二實施方式中一種多軸疲勞分析方法的載荷數據組示意圖；圖3是本發明第二實施方式中一種多軸疲勞分析方法的流程示意圖；圖4是本發明第三實施方式中一種多軸疲勞分析系統的結構示意圖；圖5是本發明第四實施方式中一種多軸疲勞分析系統的結構示意圖。
具體實施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，本領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施方式作進一步地詳細描述。本發明第一實施方式涉及一種多軸疲勞分析方法。圖I是該多軸疲勞分析方法的流程示意圖。該多軸疲勞分析方法包括以下步驟讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成。
對N組載荷數據組進行相關性分析。若分析結果大于預定門限，則先對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。若分析結果不大于預定門限，則對N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。先于疲勞分析進行數據分析，可以有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，從而加快相關性分析結果大于預定門限的比例多軸數據組的疲勞壽命計算過程。將數據分析的技術應用在確定疲勞計算的載荷處理上，更加有效地確定疲勞損傷的主軸向，更加合理地確定疲勞損傷的載荷，更加快速地處理比例多軸的疲勞壽命計算過程。 作為本發明的一個優選實施例，如圖I所示，該多軸疲勞分析方法包括以下步驟在步驟101中，讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成。此后進入步驟102，對N組載荷數據組進行相關性分析。此后進入步驟103，判斷上述相關性分析結果是否大于預定門限。若大于，則進入步驟104 ;否則進入步驟106。在步驟104中，若分析結果大于預定門限，則對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理。此后進入步驟105，對等效單軸載荷數據處理按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命，此后結束本流程。在步驟106中，若分析結果不大于預定門限，則對N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理。此后進入步驟107，按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命，此后結束本流程。本發明第二實施方式涉及一種多軸疲勞分析方法。圖3是該多軸疲勞分析方法的流程示意圖。第二實施方式在第一實施方式的基礎上進行了改進，主要改進之處在于通過比較方差大小確定主軸載荷數據組和副軸載荷數據組，以便按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法，從而獲取損傷或壽命。在載荷數據相關性分析之前，先進行主軸載荷數據組的參數計算，為比例載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理和為非比例載荷數據組進行多軸壽命算法或疲勞安全系數算法提供必要前提條件。在主軸載荷數據組的參數計算之后，再進行副軸載荷數據組的參數計算，為非比例載荷數據組進行多軸壽命算法或疲勞安全系數算法提供必要前提條件，進一步加快了疲勞分析速度。通過等效單軸處理方法，使得比例多軸載荷數據組可以按照單軸載荷數據處理，從而進一步減少計算量和增加準確性。具體地說在對N組載荷數據組進行相關性分析的步驟之前，還包括以下步驟統計并計算N組載荷數據組中每組載荷數據的平均值及方差。確定方差最大的載荷數據組作為主軸載荷數據組，對于非主軸載荷數據組的其他載荷數據組，確定為副軸載荷數據組。此外，可以理解，作為本發明的一個優選實施方式，現以兩組載荷數據組為例來闡述對N組載荷數據組進行相關性分析的步驟之前，統計并計算N組載荷數據組中每組載荷數據的平均值及方差的過程I)至少需要準備2組載荷數據(載荷歷程，點數相同)。2)記錄每個載荷數據值及其在原始2組載荷數據組中的順序號。具體方法如下I)首先讀入2組載荷數據，在此分別記為是SI (ID)和S2 (ID)，假定每組有n個數據，其中，ID表示在對應載荷數據組中的載荷數據值的序號，如圖2所示。2)采用數理統計的方法，分別計算2組載荷數據的平均值E(S1)，E(S2)和方差D (SI)，D (S2)，如下所述
權利要求
1.ー種多軸疲勞分析方法，其特征在于，包括以下步驟 讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成； 對所述N組載荷數據組進行相關性分析； 若分析結果大于預定門限，則先對所述N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命； 若分析結果不大于預定門限，則對所述N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。
2.根據權利要求I所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數據組進行相關性分析的步驟之前，還包括以下步驟 統計并計算所述N組載荷數據組中每組載荷數據的平均值及方差； 確定所述方差最大的載荷數據組作為所述主軸載荷數據組，對于非主軸載荷數據組的其他載荷數據組，確定為所述副軸載荷數據組。
3.根據權利要求2所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數據組進行相關性分析的步驟之前，還包括以下步驟 統計所述主軸載荷數據組中的循環數Cycle ； 記錄所述主軸載荷數據組中的每個循環的最大載荷數據(Szmax(Cycle), IDl)和最小載荷數據(Szmin(Cycle)，ID2)，其中IDl和ID2分別為主軸載荷數據組中每個循環所對應的最大載荷數據值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N組載荷數據組中的序號； 計算所述主軸載荷數據組中的每個循環的幅值ASz(Cycie) Sziiisx(CycIe)- Szmin(Cycle]2 2 . 計算所述主軸載荷數據組中的每個循環的均值__ Szmax(Cycle) + SzminCC^IelSz(Cycie)=--- O
4.根據權利要求3所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，在所述對N組載荷數據組按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法的步驟之前，還包括以下多軸雨流統計處理步驟 在所述副軸載荷數據組中，根據所述主軸載荷數據組中的每個循環所對應的最大載荷數據值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N組載荷數據組中的序號IDl和ID2，查找并記錄所述序號IDl和ID2所對應的姆個循環的最大載荷數據(Sfmax(Cycle), IDlf)和最小載荷數據(Sfmin(Cycle), ID2f),其中Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分別為副軸載荷數據組中每個循環所對應的最大載荷數據值和最小載荷數據值，其中，IDlf和ID2f的確定方式為序號IDl和ID2對應的副軸載荷按照大小比對之后，較小的載荷對應的序號是ID2f，較大的ー個對應序號是IDlf ； 計算所述副軸載荷數據組中的每個循環的幅值
5.根據權利要求3所述的多軸疲勞分析方法，其特征在于，所述對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理的步驟，還包括以下子步驟計算■等效載荷幅值^
6.—種多軸疲勞分析系統,其特征在于,包括以下模塊 讀取模塊，用于讀取預先獲取的N組載荷數據組，N為大于I的正整數，每組載荷數據組由對應地表征載荷歷程的有序數據值組成； 分析模塊，用于對所述讀取模塊讀取的N組載荷數據組進行相關性分析； 第一處理模塊，用于若所述分析模塊分析出的分析結果大于預定門限，則先對所述N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命； 第二處理模塊，用于若所述分析模塊分析出的分析結果不大于預定門限，則對所述N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命。
7.根據權利要求6所述的多軸疲勞分析系統，其特征在于，還包括第一統計模塊，用于統計并計算所述N組載荷數據組中每組載荷數據的平均值及方差; 確定模塊，用于確定所述第一統計模塊統計到的方差最大的載荷數據組作為所述主軸載荷數據組，對于非主軸載荷數據組的其他載荷數據組，確定為所述副軸載荷數據組。
8.根據權利要求7所述的多軸疲勞分析系統，其特征在于，還包括 主軸統計模塊，用于統計所述確定模塊確定的主軸載荷數據組中的循環數Cycle ； 主軸記錄模塊，用于記錄所述確定模塊確定的主軸載荷數據組中的每個循環的最大載荷數據(Szmax(Cycle), IDl)和最小載荷數據(Szmin(Cycle), ID2)，其中IDl和ID2分別為主軸載荷數據組中姆個循環所對應的最大載荷數據值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在所述N組載荷數據組中的序號；主軸幅值模塊，用于計算所述確定模塊確定的主軸載荷數據組中的每個循環的幅值
9.根據權利要求8所述的多軸疲勞分析系統，其特征在于，還包括 副軸記錄模塊，用于在所述副軸載荷數據組中，根據所述主軸載荷數據組中的每個循環所對應的最大載荷數據值Szmax(Cycle)和Szmin(Cycle)在N組載荷數據組中的序號IDl和ID2，查找并記錄所述序號IDl和ID2所對應的每個循環的最大載荷數據(Sfmax (Cycle), IDlf)和最小載荷數據(Sfmin (Cycle), ID2f),其中 Sfmax (Cycle)和Sfmin(Cycle)分別為副軸載荷數據組中每個循環所對應的最大載荷數據值和最小載荷數據值，其中，IDlf和ID2f的確定方式為序號IDl和ID2對應的副軸載荷按照大小比對之后，較小的載荷對應的序號是ID2f，較大的一個對應序號是IDlf ； 副軸幅值模塊，用于計算所述確定模塊確定的副軸載荷數據組中的每個循環的幅值
10.根據權利要求6所述的多軸疲勞分析系統，其特征在于，所述第一處理模塊，還包括以下子模塊 等效幅值子模塊，用于計算等效載荷幅值
全文摘要
本發明涉及固體材料的疲勞強度特性測試領域，公開了一種多軸疲勞分析方法及其系統。更加有效合理地確定疲勞損傷的主軸向及其載荷，以快速處理多軸疲勞壽命計算過程。本發明中，包括以下步驟讀取預先獲取的N組載荷數據組；對N組載荷數據組進行相關性分析；若分析結果大于預定門限，則先對N組載荷數據組進行等效單軸載荷數據處理，再對該處理結果按照單軸疲勞壽命計算或安全系數算法進行疲勞分析，獲取損傷或壽命；若分析結果不大于預定門限，則對N組載荷數據組先進行多軸雨流統計處理，再按照多軸壽命算法或疲勞安全系數算法，獲取損傷或壽命。
文檔編號G01N3/32GK102706757SQ201210141580
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者張湝渭, 焦曉娟 申請人:上海博覽達信息科技有限公司