基于DIC的金属材料高周表面失效寿命预测方法与流程

基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法
技术领域
1.本发明属于金属材料疲劳失效技术领域，尤其是涉及一种基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法。


背景技术：

2.数字图像相关法(dic)，又称数字散斑相关法，是将试件变形前后的两幅数字图像，通过相关计算获取感兴趣区域的变形信息；是一种追踪试验物体表面的应变变化和位移变化的技术。高循环疲劳，又称高周疲劳，作用于零件、构件的应力水平较低，破坏循环次数般高于104～105的疲劳，弹簧、传动轴等的疲劳属此类。在损伤容限设计中，材料或构件内部的原始缺陷被认为是初始裂纹，因而基于此建立的寿命预测模型并未考虑到裂纹萌生寿命。对于长寿命疲劳而言，小裂纹扩展寿命占据了总疲劳寿命的绝大部分，故总疲劳寿命nf可以分为四个部分，即萌生裂纹n
isc
、微观小裂纹n
msc
、物理小裂纹n
psc
与长裂纹n
lc
四个阶段各自消耗的循环数。
3.大多数研究中将n
msc
与n
psc
视为一个整体，基于裂纹尖端位移理论描述小裂纹扩展过程。但从裂纹扩展的角度出发，虽然二者均属于小裂纹范畴，但是从裂纹扩展速率角度则体现出截然不同的扩展模式。因此，在进行寿命预测建模时将msc阶段与psc阶段分开考虑更具有实际意义。从裂纹长度角度出发，可将psc视为msc与lc之间的转化尺寸，即从psc阶段开始，裂纹由线弹性断裂力学(lefm)控制，但同时由受到微观结构的影响。另外，宏观疲劳试验中建立的裂纹长度与应力强度因子的关系证明了psc阶段的门槛值之间与lc阶段的门槛值趋于一致。并且大多数研究期望得到裂纹转化尺寸的具体值，这些数值通常与平均晶粒尺寸有关。这说明在材料、晶粒尺寸、微观结构、载荷、试件形貌等因素的共同作用下，不同尺度的裂纹扩展过程是平滑过渡的，并非突然发生。因此无法给出相邻裂纹扩展阶段明确的界限。基于以上分析，为了用统一的模型预测总体疲劳裂纹寿命，就需要建立多尺度寿命预测模型，对金属材料的疲劳寿命进行预测。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，通过结合数字图像相关技术评估在特定载荷条件下裂纹尖端应力场、塑性区尺寸，进而基于裂纹闭合效应建立裂尖塑性区计算模型，随后在表征物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的基础上，结合局部屈服强度理论，建立多尺度表面裂纹扩展寿命预测模型，解决了在寿命预测过程中对微观小裂纹和物理小裂纹分开考虑的问题，更具有实际意义。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
6.步骤一、获取材料单轴恒幅加载条件下金属材料的疲劳特性：根据金属材料疲劳试验标准，进行不同条件下的恒幅疲劳试验，将所得试验数据绘制在坐标系内，通过线性拟
合，得到金属材料在恒定载荷加载条件下的应力-寿命曲线和拟合公式lgσa＝a lg nf+b；其中，σa为加载的应力幅值，nf为与加载的应力幅值对应的试验疲劳寿命，a和b为拟合参数；
7.步骤二、获取裂尖开始出现塑性区时的载荷值，过程如下：
8.步骤201、利用原位疲劳试验系统对试件施加应力幅值低的循环载荷，使所述试件的缺口尖端萌生出裂纹；
9.步骤202、根据步骤一中的应力-寿命曲线修改循环载荷幅值，以观测高周疲劳状态下的裂纹扩展行为；
10.步骤203中，调整施加在所述试件上的载荷幅值，载荷幅值每增加5％，利用光学显微镜拍摄一张显微照片，并导入dic分析系统中进行分析；
11.步骤204、以施加在所述试件上载荷最小时的显微照片作为基准，将其他载荷水平下的显微照片与之进行对比计算；计算时由裂尖位置开始，沿裂纹扩展方向测定不同位置处的应变数值，获得裂尖塑性区尺寸，并得到裂尖塑性区开始时的载荷值为最大载荷值的53％；其中，测定不同位置的应变数值时需多次测量取平均值；
12.步骤三、获取裂尖塑性区尺寸，过程如下：
13.步骤301、根据murakami的理论，得到带有单边裂纹的板状试件应力强度因子计算公式其中，k为应力强度因子，σ为应力数值，a为裂纹长度，f为试样几何参数，且w为试样宽度；
14.步骤302、结合裂纹闭合效应，裂尖塑性区尺寸的理论计算公式为其中，ρf是裂尖塑性区尺寸，σy是材料屈服强度，k0为裂尖张开瞬间的应力强度因子，且k0≈0.53k
max
，k
max
为加载过程中最大应力强度因子；
15.步骤四、获取物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率：结合paris公式和zheng-hirt公式，santus与taylor用小裂纹应力强度因子范围δk
th-small
替代δk
th-long
，用于预测小裂纹扩展速率，即其中，为裂纹扩展速率，c与m均为拟合参数，是材料长裂纹阶段的门槛值；根据murakami公式δk
th-small
可表示为其中，hv是材料显微硬度，约为342hv，λ1与λ2均为拟合参数，为裂纹长度2a；
16.步骤五、建立微观小裂纹扩展阶段的模型：结合lefm的使用条件和zheng-hirt公式，chan与lankford通过对δk进行修正，得到用于描述微观小裂纹阶段的修正应力强度因子范围δk
*
，即δk
*
＝δk*q；其中，q为修正系数，且＝δk*q；其中，q为修正系数，且为局部屈服强度；
17.步骤六、获取多尺度寿命预测模型；结合步骤三、步骤四和步骤五中的公式，得到
涵盖微观小裂纹、物理小裂纹与长裂纹过程的多尺度裂纹扩展速率的预测公式为；
18.其中，n和m均为拟合参数。
19.上述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤201中，所述原位疲劳试验系统包括原位疲劳试验设备、光学显微镜、工业相机、以及dic分析系统，所述试件装夹在所述原位疲劳试验设备上，所述光学显微镜和所述工业相机布设在所述试件的上方，所述原位疲劳试验设备和所述dic分析系统连接。
20.上述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤201中，分析所述试件时，将试件装夹在原位疲劳试验设备上，通过编制载荷谱对所述试件施加不同应力比的循环载荷，通过光学显微镜获取裂纹尖端周围区域的细观显微照片，利用工业相机对循环载荷过程中特定时刻的细观图像进行采集，并将采集的细观显微图像上传至dic分析系统，得到裂纹尖端的应变场、位移场、以及塑性区尺寸。
21.上述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤502中，局部屈服强度其中，是局部屈服强度的初始值，即裂纹刚萌生时的d是平均晶粒尺寸，ky是材料常数。
22.本发明的有益效果是通过结合数字图像相关技术评估在特定载荷条件下裂纹尖端应力场、塑性区尺寸，进而基于裂纹闭合效应建立裂尖塑性区计算模型，随后在表征物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的基础上，结合局部屈服强度理论，建立多尺度表面裂纹扩展寿命预测模型，解决了在寿命预测过程中对微观小裂纹和物理小裂纹分开考虑的问题，更具有实际意义。
23.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
24.图1为本发明原位疲劳试验系统的结构示意图。
25.图2为本发明金属材料塑性区尺寸实测值与理论值的对比图。
26.图3为本发明金属材料预测疲劳寿命与试验疲劳寿命的对比图。
27.图4为本发明的方法流程框图。
28.附图标记说明:
29.1—原位疲劳试验设备；2—光学显微镜；3—工业相机；
30.4—dic分析系统。
具体实施方式
31.如图1至图4所示的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，该方法包括以下步骤：
32.步骤一、获取材料单轴恒幅加载条件下金属材料的疲劳特性：根据金属材料疲劳试验标准，进行不同条件下的恒幅疲劳试验，将所得试验数据绘制在坐标系内，通过线性拟
合，得到金属材料在恒定载荷加载条件下的应力-寿命曲线和拟合公式lgσa＝a lg nf+b；其中，σa为加载的应力幅值，nf为与加载的应力幅值对应的试验疲劳寿命，a和b为拟合参数；
33.步骤二、获取裂尖开始出现塑性区时的载荷值，过程如下：
34.步骤201、利用原位疲劳试验系统对试件施加应力幅值低的循环载荷，使所述试件的缺口尖端萌生出裂纹；
35.步骤202、根据步骤一中的应力-寿命曲线修改循环载荷幅值，以观测高周疲劳状态下的裂纹扩展行为；
36.步骤203中，调整施加在所述试件上的载荷幅值，载荷幅值每增加5％，利用光学显微镜2拍摄一张显微照片，并导入dic分析系统4中进行分析；
37.步骤204、以施加在所述试件上载荷最小时的显微照片作为基准，将其他载荷水平下的显微照片与之进行对比计算；计算时由裂尖位置开始，沿裂纹扩展方向测定不同位置处的应变数值，获得裂尖塑性区尺寸，并得到裂尖塑性区开始时的载荷值为最大载荷值的53％；其中，测定不同位置的应变数值时需多次测量取平均值；
38.步骤三、获取裂尖塑性区尺寸，过程如下：
39.步骤301、根据murakami的理论，得到带有单边裂纹的板状试件应力强度因子计算公式其中，k为应力强度因子，σ为应力数值，a为裂纹长度，f为试样几何参数，且w为试样宽度；
40.步骤302、结合裂纹闭合效应，裂尖塑性区尺寸的理论计算公式为其中，ρf是裂尖塑性区尺寸，σy是材料屈服强度，k0为裂尖张开瞬间的应力强度因子，且k0≈0.53k
max
，k
max
为加载过程中最大应力强度因子；
41.步骤四、获取物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率：结合paris公式和zheng-hirt公式，santus与taylor用小裂纹应力强度因子范围δk
th-small
替代δk
th-long
，用于预测小裂纹扩展速率，即其中，为裂纹扩展速率，c与m均为拟合参数，是材料长裂纹阶段的门槛值；根据murakami公式δk
th-small
可表示为其中，hv是材料显微硬度，约为342hv，λ1与λ2均为拟合参数，为裂纹长度2a；
42.步骤五、建立微观小裂纹扩展阶段的模型：结合lefm的使用条件和zheng-hirt公式，chan与lankford通过对δk进行修正，得到用于描述微观小裂纹阶段的修正应力强度因子范围δk
*
，即δk
*
＝δk*q；其中，q为修正系数，且＝δk*q；其中，q为修正系数，且为局部屈服强度；
43.步骤六、获取多尺度寿命预测模型；结合步骤三、步骤四和步骤五中的公式，得到
涵盖微观小裂纹、物理小裂纹与长裂纹过程的多尺度裂纹扩展速率的预测公式为；其中，n和m均为拟合参数。
44.实际使用时，金属材料高周失效寿命分为：表面失效和内部失效，本发明主要是对金属材料高周表面失效寿命进行预测。步骤一中的应力-寿命曲线中，是以试验疲劳寿命为横坐标，应力幅值为纵坐标建立坐标系。
45.步骤202中，在正式采集照片之前，应让裂纹往前扩展一定距离，保证裂纹在正应力作用下稳定地进行扩展。按形貌可将裂纹分为三个区段，即缺口区段、斜裂纹区段与直裂纹区段。当裂纹沿垂于载荷方向稳定扩展时，表明预制裂纹结束。
46.步骤204中，为定量测量裂纹尖端塑性区的尺寸，需要在裂尖塑性应变区分布云图中从裂尖位置出发，沿裂纹扩展方向测定不同位置处的应变数值，进而结合应力-应变关系获得塑性区尺寸。为了保证测试结果精确性，需多次测量求取平均值。
47.步骤二中，裂尖塑性区是指裂纹体受力后在裂纹尖端出现一个塑性变形的区域；即裂纹张开是出现塑性变形。工程材料只要稍有塑性变形的能力在裂尖处便有可能出现塑性区。塑性区的出现将使裂尖的应力集中情况得到缓和。当材料的塑性变形能力愈大同时所受应力愈大时裂尖塑性区也愈大，裂尖愈易得到钝化。通常,疲劳失效按照所受应力和循环周次的大小可分为低周疲劳和高周疲劳。前者是指金属材料在较高的交变应力作用下至断裂的循环周次≤104的疲劳,后者是指金属材料在较低的交变应力作用下至断裂的循环周次在105～107的疲劳,s-n曲线和疲劳极限一直是人们作为疲劳设计的依据,并且把金属材料经过107循环周次而不发生断裂的疲劳强度定义为疲劳极限。
48.采用步骤二中的方法获取裂尖塑性区尺寸时，在加载初始阶段，裂尖塑性区尺寸为0，但随着载荷继续增加，裂尖开始产生塑性区，并逐步增大，并且塑性区增长速率随着载荷水平的增大逐渐降低。由于采样间隔限制，无法准确得到裂尖塑性区开始生成时的载荷水平，故可近似得到裂纹张开时所需的载荷大小为最大载荷值的53％；如下表所示，为r＝0.1条件下恒幅载荷加载过程中裂尖塑性区尺寸；其中，r为应力比，即最小应力值和最大应力值的比值。
[0049][0050]
步骤三中，当载荷为最大载荷的53％时开始出现塑性区，因此k0≈0.53k
max
。
[0051]
步骤302中，裂纹闭合后会在裂尖处产生残余应力，而上一个循环中由于卸载产生的残余应力可以被接下个周期加载过程初期产生的拉应力相抵消，因此在评估裂尖塑性区尺寸时应考虑裂纹闭合效应的影响。
[0052]
步骤四中，最早用于预测疲劳裂纹扩展寿命的公式是帕里斯公式；当驱动力足够大时，帕里斯公式、以及zheng-hirt公式的预测结果相近。基于zheng-hirt公式，santus与taylor用小裂纹应力强度因子范围δk
th-small
替代δk
th-long
，用于预测小裂纹扩展速率，得到步骤四中修正后的santus-taylor公式可以用于预测金属材料的物理小裂纹与长裂纹阶段的疲劳裂纹扩展速率。
[0053]
步骤501中，在微观小裂纹阶段无法用δk描述裂纹扩展行为，因此还需对zheng-hirt公式进行进一步修正，以得到可以描述整个裂纹扩展过程的疲劳寿命预测模型。研究表明，微观小裂纹阶段裂纹尖端塑性区尺寸与裂纹尺寸相当，在循环应力作用下会产生大规模屈服，从而使控制裂纹向前扩展，因此可以认为裂尖塑性区尺寸是微观小裂纹阶段的主控因素。此时裂纹主要在晶粒尺度下进行扩展，且扩展速率变化较为明显。因此应采用局部屈服强度来描述裂纹尖端塑性区的力学行为。在微观小裂纹阶段内，随着裂纹尺寸的不断增加，数值也逐步增大，直到裂纹足够长时，微观结构特征对裂纹扩展速率的影响减小。当达到小尺寸屈服条件，即满足lefm的使用条件时，局部屈服强度增大至与宏观屈服强度σy相等。其中，ρf是循环塑性区尺寸，可通过原位疲劳试验测得，也可通过步骤302中的公式求解。
[0054]
步骤502中，此公式用于预测涵盖微观与宏观的多尺度裂纹扩展速率，在微观小裂纹过程中微观结构差异是扩展行为的决定性因素，而物理小裂纹/长裂纹阶段则是lefm线弹性断裂力学起主导作用。q决定了材料的扩展机制，因为当为1时，即达到lefm的适用条件。
[0055]
步骤五中，δk无法描述微观小裂纹阶段的裂纹扩展行为msc，而裂尖塑性区尺寸
是msc阶段的主控因素，那么就应该用局部屈服强度来描述裂尖塑性区尺寸。δk
*
是通过δk与q来计算的，而q又是通过局部屈服强度这个参数计算的。
[0056]
假定当裂纹周围的应力达到局部屈服强度时裂纹开始扩展，那么随着裂纹尺寸的增加，裂纹周围塑性区所涵盖的晶界越多，局部屈服强度随之增加，即晶界强化准则(hall-petch理论)。裂纹尖端的应变累计随着疲劳循环周次的增加而逐渐累计，所以可以认为在微观小裂纹过程中呈现逐步累加的过程。
[0057]
此外，假设在裂纹尖端塑性区内的材料满足hall-petch理论，那么局部屈服强度就可以用下式表示：其中，是局部屈服强度的初始值，即裂纹刚萌生时的d是平均晶粒尺寸，ky是材料常数。
[0058]
需要注意的是，对于单晶材料来说，初始局部屈服强度可定义为滑移系统的临界分切应力。对于多晶材料来说，初始局部屈服强度在裂纹长度为0时，可定义为疲劳极限。并且在裂纹长度远大于晶粒尺寸时，局部屈服强度就等于材料宏观屈服强度。但是对于超高周疲劳而言，可以认定材料不存在疲劳极限，此时初始局部屈服强度为0，而此处以109周次对应的疲劳强度作为初始屈服强度。
[0059]
ye与zhang基于建立了与之间的关系。当裂纹开始萌生时，可以认为与材料疲劳极限σf相等。此处规定σf等于载荷循环数达到109周次时的循环应力数值，基于此可得：
[0060]
其中，d是平均晶粒尺寸，系数α反映了微观小裂纹过渡至物理小裂纹的转换速率，值越小意味着材料会更快地从微观小裂纹过渡至物理小裂纹。由定义可知，当裂纹长度增长至小裂纹与长裂纹的转化尺寸时，所以可依据小裂纹至长裂纹的转换尺寸求得α的具体取值。
[0061]
步骤六中，基于宏观疲劳试验结果、原位疲劳试验结果、dic分析结果，利用不同温度及不同应力比条件下的表面失效断口裂纹萌生区及扩展区尺寸拟合不同条件下的c与m值。
[0062]
需要说明的是，在对本发明的预测模型进行验证时，以试验疲劳寿命为横坐标，预测疲劳寿命为纵坐标，建立坐标系，如图3所示，将预测的金属材料在两种温度及两种应力比条件下的疲劳寿命结果与试验结果在坐标系中标出，且金属材料的预测值均位于3倍线边界内，得出预测的疲劳寿命结果为该金属材料发生高周表面失效时的寿命
[0063]
对步骤六中的得到合金多尺度表面疲劳裂纹扩展速率的预测公式进行积分，得到预测的疲劳寿命，带入坐标系中。
[0064]
本发明通过结合数字图像相关技术评估在特定载荷条件下裂纹尖端应力场、塑性区尺寸，进而基于裂纹闭合效应建立裂尖塑性区计算模型，随后在表征物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的基础上，结合局部屈服强度理论，建立多尺度表面裂纹扩展寿命预测模型，解决了在寿命预测过程中对微观小裂纹和物理小裂纹分开考虑的问题，更具有实际意义。
[0065]
本实施例中，步骤201中，所述原位疲劳试验系统包括原位疲劳试验设备1、光学显
微镜2、工业相机3、以及dic分析系统4，所述试件装夹在所述原位疲劳试验设备1上，所述光学显微镜2和所述工业相机3布设在所述试件的上方，所述原位疲劳试验设备1和所述dic分析系统4连接。
[0066]
本实施例中，步骤201中，分析所述试件时，将试件装夹在原位疲劳试验设备1上，通过编制载荷谱对所述试件施加不同应力比的循环载荷，通过光学显微镜2获取裂纹尖端周围区域的细观显微照片，利用工业相机3对循环载荷过程中特定时刻的细观图像进行采集，并将采集的细观显微图像上传至dic分析系统4，得到裂纹尖端的应变场、位移场、以及塑性区尺寸。
[0067]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、获取材料单轴恒幅加载条件下金属材料的疲劳特性：根据金属材料疲劳试验标准，进行不同条件下的恒幅疲劳试验，将所得试验数据绘制在坐标系内，通过线性拟合，得到金属材料在恒定载荷加载条件下的应力-寿命曲线和拟合公式lgσ
a
＝algn
f
+b；其中，σ
a
为加载的应力幅值，n
f
为与加载的应力幅值对应的试验疲劳寿命，a和b为拟合参数；步骤二、获取裂尖开始出现塑性区时的载荷值，过程如下：步骤201、利用原位疲劳试验系统对试件施加应力幅值低的循环载荷，使所述试件的缺口尖端萌生出裂纹；步骤202、根据步骤一中的应力-寿命曲线修改循环载荷幅值，以观测高周疲劳状态下的裂纹扩展行为；步骤203中，调整施加在所述试件上的载荷幅值，载荷幅值每增加5％，利用光学显微镜(2)拍摄一张显微照片，并导入dic分析系统(4)中进行分析；步骤204、以施加在所述试件上载荷最小时的显微照片作为基准，将其他载荷水平下的显微照片与之进行对比计算；计算时由裂尖位置开始，沿裂纹扩展方向测定不同位置处的应变数值，获得裂尖塑性区尺寸，并得到裂尖塑性区开始时的载荷值为最大载荷值的53％；其中，测定不同位置的应变数值时需多次测量取平均值；步骤三、获取裂尖塑性区尺寸，过程如下：步骤301、根据murakami的理论，得到带有单边裂纹的板状试件应力强度因子计算公式其中，k为应力强度因子，σ为应力数值，a为裂纹长度，f为试样几何参数，且w为试样宽度；步骤302、结合裂纹闭合效应，裂尖塑性区尺寸的理论计算公式为其中，ρ
f
是裂尖塑性区尺寸，σ
y
是材料屈服强度，k0为裂尖张开瞬间的应力强度因子，且k0≈0.53k
max
，k
max
为加载过程中最大应力强度因子；步骤四、获取物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率：结合paris公式和zheng-hirt公式，santus与taylor用小裂纹应力强度因子范围δk
th-small
替代δk
th-long
，用于预测小裂纹扩展速率，即其中，为裂纹扩展速率，c与m均为拟合参数，是材料长裂纹阶段的门槛值；根据murakami公式δk
th-small
可表示为其中，hv是材料显微硬度，约为342hv，λ1与λ2均为拟合参数，为裂纹长度2a；步骤五、建立微观小裂纹扩展阶段的模型：结合lefm的使用条件和zheng-hirt公式，chan与lankford通过对δk进行修正，得到用于描述微观小裂纹阶段的修正应力强度因子
范围δk
*
，即δk
*
＝δk*q；其中，q为修正系数，且＝δk*q；其中，q为修正系数，且为局部屈服强度；步骤六、获取多尺度寿命预测模型；结合步骤三、步骤四和步骤五中的公式，得到涵盖微观小裂纹、物理小裂纹与长裂纹过程的多尺度裂纹扩展速率的预测公式为；其中，n为拟合参数。2.根据权利要求1所述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤201中，所述原位疲劳试验系统包括原位疲劳试验设备(1)、光学显微镜(2)、工业相机(3)、以及dic分析系统(4)，所述试件装夹在所述原位疲劳试验设备(1)上，所述光学显微镜(2)和所述工业相机(3)布设在所述试件的上方，所述原位疲劳试验设备(1)和所述dic分析系统(4)连接。3.根据权利要求2所述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤201中，分析所述试件时，将试件装夹在原位疲劳试验设备(1)上，通过编制载荷谱对所述试件施加不同应力比的循环载荷，通过光学显微镜(2)获取裂纹尖端周围区域的细观显微照片，利用工业相机(3)对循环载荷过程中特定时刻的细观图像进行采集，并将采集的细观显微图像上传至dic分析系统(4)，得到裂纹尖端的应变场、位移场、以及塑性区尺寸。4.根据权利要求1所述的基于dic的金属材料高周表面失效寿命预测方法，其特征在于：步骤502中，局部屈服强度其中，是局部屈服强度的初始值，即裂纹刚萌生时的d是平均晶粒尺寸，k
y
是材料常数。

技术总结
本发明公开了一种基于DIC的金属材料高周表面失效寿命预测方法，该方法包括：一、获取材料单轴恒幅加载条件下金属材料的疲劳特性；二、获取裂尖开始出现塑性区时的载荷值；三、获取裂尖塑性区尺寸；四、获取物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率；五、建立微观小裂纹扩展阶段的模型；六、获取多尺度寿命预测模型。本发明通过结合DIC评估在特定载荷条件下裂纹尖端应力场、塑性区尺寸，进而基于裂纹闭合效应建立裂尖塑性区计算模型，随后在表征物理小裂纹至长裂纹扩展阶段的基础上，结合局部屈服强度理论，建立多尺度表面裂纹扩展寿命预测模型，解决了在寿命预测过程中对微观小裂纹和物理小裂纹分开考虑的问题，更具有实际意义。意义。意义。


技术研发人员：孙锐 张文 白润 夏明星 蔡小梅 王峰
受保护的技术使用者：西北有色金属研究院
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/16