相對壽命

相對壽命是一個化學專業名詞，相對壽命為對Z和Wo進行校正後的平均壽命。

基本介紹

• 中文名：相對壽命
• 外文名：comparative lifetime
• 所屬領域：核能術語

用局部應力概念進行相對壽命估算

無論套用公稱應力概念，還是局部應力概念，都不足以準確地表達絕對壽命預測問題。但是，對於所考察的構件，若能將現有的壽命經驗用於計算，那么。相對壽命估算能夠提供令人滿意的結論。當然，這是以對疲勞特性的認識和正確估算由材料、構件幾何形狀以及載荷的變化所產生的影響為前提的。藉助現有的由工作強度試驗得出的壽命值，將套用局部應力概念下的相對Miner準則對這些影響進行研究。

試驗結果

在這些試驗中利用與構件相似的Metasafe 900(與27MnSiV6可比)和AlCuMg2試件進行系統的壽命試驗。為了研究變化的平均載荷，有目的地採用不規則變化的載入次序。圖1表示了各種載入次序。進行了階梯軸的平面彎曲試驗和扁平試件的拉—壓試驗。

圖1

圖2給出了試件形狀和尺寸。

圖2

相對Miner準則

相對Miner準則的基本思想是，用損傷累計值D=1來代替失效準則。這個值是從以前的試驗中，用相似構件、在相似的工作條件下得到的。所以，要求：

相對Miner準則的等效方程可用式(2)描述，在這裡，通過改變構件承載能力，使損傷累計值達到1：

通過這種形式，可將材料、構件幾何形狀以及載荷的影響統統視作材料韋勒疲勞線的變化，這樣，便可進行統一的相似準則分析，而相似準則是套用相對Miner準則的前提。

對於局部應力概念，推薦一種方法，用指數變化的Manson-Coffin關係來確定變化的構件承載能力。在核算試驗構件壽命值時採用下述約定：

—用均勻材料定律來估算材料循環特性值；

—用Neuber法則來求局部應力的近似值；

—通過損傷參數 來進行損傷評價；

—對於所研究的材料來說，將應變韋勒疲勞線的邊界疲勞工作循環次數ND定為 。損傷積累的實現類似於“原始Miner準則”。

隨著應變韋勒線疲勞強度指數b的變化，以公式(2)為目標，在考慮到循環應力—應變曲線和應變韋勒線之間協調性條件(見公式(3)和(4))的情況下，計算壽命與已知的試驗壽命值能夠達到一致。在此，疲勞強度指數b的變化允許應變韋勒線在材料承載能力與所考慮的工作條件相適應的意義上出現扭轉(圖3)。

圖3

新的常數 和 以及其他的材料循環參數描述了所求的、改變了的構件承載能力。因為構件承載能力以應變韋勒線的形式被量化了，所以也將其視為取決於構件和載入次序的材料承載能力。

公式（3）（4）（5）

藉助由上述方法確定的、取決於構件和載入次序的材料承載能力，下面將用局部應力概念來討論疲勞特性轉換的可能性。

不同載荷條件下的轉換可能性

首先嘗試將各個構件在R=-1和LF1載入次序情況下的疲勞特性轉換為其他載荷—時間函式。在這裡，LF1載入次序下由試驗壽命值獲得的、取決於構件和載入次序的材料承載能力被引入計算中去，而這種承載能力是以改變的應變韋勒線來標誌的。

料承載能力要提高，因此，根據線性損傷積累假說，損傷積累達到D=1。反之，若 為負，則材料承載能力要減小。

由圖4可知，鋼試件與各鋁試件的疲勞特性是明顯不同的，當Metasafe900的疲勞強度指數b在-8%～8%之間相對變化時，AlCuMg2的相對變化則為-20%～30%。這意味著，從一種材料的構件到另一種材料的構件所進行的疲勞積累直接轉換可能是有問題的。

Metasafe900和AlCuMg2之間承載能力變化的相似過程(圖4)，反映了被研究的載荷次序之間的次序效應關係。在評估次序效應影響時可加以套用。

圖4

不同構件的轉換可能性

為了研究涉及到不同構件的疲勞特性的轉換可能性，考慮了 =1.5的階梯軸的試驗壽命值，在比較材料承載能力相對變化的基礎上，研究了LF1，LF2和LF3載入條件 =2.2和1.5之間的疲勞特性轉換可能性(圖5)。

圖5

必須認識到， =2.2的兩種材料的相對較為牢固的開槽試件具有較好的加固效果。對於Metasafe900來說，這一提高約為8%(以b的數值來衡量)；而對於AlCuMg2來說約為10%。在不同構件間的疲勞特性轉換中應注意這一效應。

影響可轉換性因素的組合

為了分析這個問題，套用了來自正在執行的一項DFG計畫的試驗結果。所套用的載入次序GARLOS(分力)是一個標準化的載入次序。 =3.6的Metasafe900試件受拉—壓載荷，該試件的幾何形狀與圖2中所示的 =2.5的試件相似。上述兩種試件的表面狀況亦具可比性。由於CARLOS具有顯著的圍繞平均載荷的擺動，所以只有相似載入次序下的取決於構件和載入次序的材料承載能力才能用來進行轉換。因此，考慮了LF2到LF7載入條件下， =2.5的Metasafe 900平面試件的疲勞特性，最終選擇了LF6條件下的疲勞特性。類似於前述的研究，通過用8%的附加提高修正疲勞強度指數的方法，考慮了不同形狀係數效應的構件幾何形狀的影響。圖6表明，在相對壽命估算中，通過已知疲勞特性的轉換，可從本質上提高局部應力概念的準確性。

圖6

結論

根據現存的試驗壽命值，套用相對Miner準則的一種特殊形式，在採用局部應力概念的壽命估算中，研究了材料、構件幾何形狀以及載荷的變化所產生的影響。以轉換取決於構件和載入次序的材料承載能力的形式，討論了疲勞特性的可轉換性。由此得出如下結論：

(1)為了套用相對Miner準則的這種形式，首先，用圍繞平均載荷的擺動來確定所研究的載荷的相似性。對此，圍繞平均載荷擺動的強度及形式(確定的或隨機的)的影響相對來說較小。

(2)由研究可知，對於兩種試驗材料來說，取決於構件和載入次序的材料承載能力，在有圍繞平均載荷擺動的載入次序情況下，通常低於沒有圍繞平均載荷擺動的載入次序情況。

(3)應避免在具有不同循環材料特性(例如,循環硬化和軟化材料)的材料之間進行疲勞特性的直接轉換。

(4)在疲勞特性轉換中，必須考慮到隨著形狀係數的增加而變大的加固作用。

(5)算例表明，在局部應力概念下，藉助於如此估算的取決於構件和載入次序的材料承載能力，可以有效地進行疲勞特性的轉換。