(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211053876.3 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 肖林　黄雅茜　卫星　沈锐利　 张弘　赵骏铭　巩明　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 张淑枝 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预 测方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种考虑腐蚀疲劳耦合作用 的腐蚀疲劳寿命预测方法和系统， 包括： 建立寿 命预测的有效应力强度因子幅值库与其余计算 所需参数。 通过已知值队和线性插值法求得任意 裂缝宽度下的有效应力因子幅值。 联合采用裂纹 分析软件与有 限元软件对栓钉连接件在疲劳扩 展过程中的应力强度因子进行求解。 在试验室进 行各参数条件组合下的腐蚀疲劳试验， 通过数值 分析， 得到试验构件的腐蚀速率函数。 对有效应 力强度因子幅值调整后进行腐蚀疲劳寿命的预 测。 通过离散子步法逐步修正有效应力强度因子 幅值， 最后进行腐蚀疲劳寿命预测。 本发明的优 点是： 将腐蚀与疲劳耦合作用对 结构性能的影 响 考虑在内， 其误差平均为25％。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115310333 A 2022.11.08 CN 115310333 A 1.一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 确认基本参数： 应力幅Δσ,应力比R,应力强度 因子幅门槛值ΔKth,材料参数C, m,临界裂纹尺寸ac,腐蚀扩展速率 函数fC(t)。 步骤2， 当循环子步中初始裂纹长度ai‑1对应的有效应力强度因子幅值Keff<ΔKth时， 疲 劳裂纹不扩展， 裂纹的扩展增量仅由腐蚀溶解速率决定。 记裂纹扩展门槛尺寸为ath， 则在腐 蚀作用了 Δath后， 裂纹尺寸达 到ath， 溶解时长如式1： Δtth＝f‑1(ath)‑f‑1(ai‑1)                  (1) 此后疲劳裂纹开始扩展， 按照步骤(4)计算； 步骤3， 当循环子步中初始裂纹长度ai‑1对应的Keff>ΔKth时， 裂纹开始扩展， 对应的裂纹 扩展起始时间节点 为ti‑1， 根据腐蚀扩展速率 函数有式2： ti‑1＝f‑1(ai‑1)                           (2) 在疲劳作用下该子步裂纹扩展长度为 此时总裂纹长度 对应的 未修正有效应力强度因子为ΔK ′eff， 其所需循环次数为与子步 步长分别如式(3)、 (4)： 在ti‑1～ti‑1+Δti‑1时刻内腐蚀作用造成裂纹长度增量如式5： 步骤4， 将腐蚀疲劳耦合效应考虑在内， 将修正后的效应力强度因子 代替ΔK ′eff,更新寿命及步长分别如式6、 7 所示： 在疲劳作用下的ti‑1～ti‑1+Δt′i‑1时刻内腐蚀作用造成裂纹长度的扩展增量也更新为 式8: 最终得到该子步裂纹长度扩展量 为式9: 步骤5， 下一个子步的初始裂纹长度为上个循环子步的最终的裂纹长度， 重复步骤3和4 的计算， 运用循环累加法， 循环计算得到当裂纹长度达到a＝ac时所对应的载荷循环次数， 通过公式10: NCF＝∑N′F                                (10) 得到为腐蚀疲劳裂纹扩展总寿命NCF。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310333 A 22.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳寿命预测方法， 其特征在于： 所述腐蚀疲劳寿命预测 方法应用于具有金属构件且与腐蚀环境相 接触的工业产品领域。 对于不同的结构， 计算出 材料裂纹扩展性能的材 料参数即可完成腐蚀疲劳寿命预测。 3.一种组合结构桥梁的腐蚀疲劳寿命预测系统， 其特 征在于： 包括： 参数录入及生成模块， 用于建立寿命预测的有 效应力强度因子幅值库与其余计算所需 参数。 在参数录入及生成模块中， 所述计算参数包括应力幅Δσ,应力比R,应力强度因子幅门 槛值ΔKth,材料参数C,m,临界裂纹尺寸ac,腐蚀扩展速率 函数fC(t)。 效应力强度因子幅值库生成模块， 用于通过已知值队和线性插值法求得任意裂缝宽度 下的有效应力因子幅值。 在应力强度因子幅值库生成模块中， 联合采用FRANC3D(Fracture  Analysis  Code for  3D)裂纹分析软件与 ABAQUS有限元软件对栓钉连接件在疲劳扩展 过程中的应力强度因子进 行求解。 在试验室进行各参数条件组合下的腐蚀疲劳试验， 通过数值分析， 得到试验构件的腐 蚀速率函数。 预测模块， 用于对有效应力强度因子幅值调整后进行腐蚀疲劳寿命的预测 在预测模块中， 通过离散子步法逐步修正有效应力强度因子幅值， 最后进行腐蚀疲劳 寿命预测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310333 A 3