用於預測金屬合金的特高循環疲勞特性的方法和系統的製作方法
2023-06-26 12:09:56
專利名稱：用於預測金屬合金的特高循環疲勞特性的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用於預測金屬合金疲勞壽命的方法和系統，並且更具體地，涉及利用概率模型和高循環疲勞行為來預測鋁及相關金屬的特高循環疲勞壽命。再更具體地，本發明涉及預測鑄鋁合金物體在特高循環疲勞水平下的疲勞壽命。
背景技術：
汽車設計中對改善燃料效率的增長的要求包括強調通過在車輛構件(包括在動力系和相關構件部分中)的零件製造中使用輕質材料來減小構件質量。總體而言，鑄造輕質非鐵合金，特別是鋁合金，正在被越來越多地用在、但不限於，發動機缸體、汽缸蓋、活塞、進氣歧管、支架、殼體、車輪、底盤和懸架系統中。除了使這些構件更輕，鑄造和相關可擴展工藝的使用也幫助保持低的生產成本。
由於鑄鋁和其它輕質金屬合金在車輛構件中的很多應用涉及到非
常高的循環(通常，多於108次循環，並且經常涉及1(^至10"次之間循環)的加載，故合金的疲勞特性，尤其是特高循環疲勞(VHCF)特性，是這些結構性應用的關鍵設計標準。鑄鋁構件的疲勞特性極大地取決於在鑄造期間所產生的不連續處(其經常萌生疲勞裂紋)，例如空隙和相關孔隙，或氧化膜等。此外，在鑄件的給定部分中具有鑄造不連續處的概率取決於很多因素，包括熔融物質量、合金成分、鑄件幾何結構和固化條件。由於這些因素，以及材料的固有非均勻性，可以理解，疲勞的本質是概率性的，在這種情況下，對某一栽荷範圍上所期望行為的預測比試圖設立一個精確的、可再現的疲勞值更有意義。
儘管如此，存在提供對疲勞行為的良好指示的因素。例如，裂紋容易從位於構件自由表面附近或構件自由表面處且遭受循環加載的大的不連續處開始，這樣的開裂的尺寸對於確定構件的疲勞壽命是重要的。一般而言，由此產生的對於給定次數的循環至破壞而言的疲勞強度，或對於給定栽荷而言的疲勞壽命，與萌生疲勞裂紋的不連續處的尺寸成反比。疲勞的一種具體形式，即公知為高循環疲勞(HCF)，涉及到很多 次地重複施加循環應力。這種"很多次"最普遍提及的值為大約上千萬 U07)。很多結構材料(例如，鐵基合金或非鐵基合金)在HCF是重要 性的構件和應用中使用的合適性通常由熟知的手段來衡量，例如從著名 的S-N曲線中的數椐來衡量，在圖1和圖2A中示出了S-N曲線的實例，其 中，材料能經受的全交變應力循環的次數隨著應力水平的提高而減少。 特別參照圖l,很多材料(例如，鐵基合金)的疲勞強度和相應的S-N曲 線在一定的循環次數以上在公知為耐久極限的應力處趨於變平。 一般而 言，耐久極限是在不發生破壞的情況下向材料施加無限次這種全交變循 環的最大應力。
不幸的是，鋁基合金(也在圖l中示出)卻未顯示出清晰限定的耐 久極限，而是對於數百萬到數萬億次循環的疲勞壽命而言呈現出繼續的 更低水平的容許循環應力。認為這樣的合金通常不具有耐久極限，或即 使具有耐久極限，該耐久極限不是普遍可辨別出或者容易量化的u在任 一種情況下，在超出HCF極限或與特高循環疲勞(VHCF,通常從大約 10K到1011，或更多次循環)相關聯的極限的情況下，很難確定鑄鋁合金 的合適的設計強度(在循環加栽下)和相關的材料特性。由於由這樣的 合金製成的構件的長期性質對於它們的成功十分關鍵且被認為是這些 構件在結構應用中的重要設計標準，因此，期望有另外的方法以大致類 似於預測鐵基合金疲勞行為所使用的方法來確定鑄鋁合金的強度和相 關性質u
著名的W6hler測試(其結果可被用來產生前面提及的S-N曲線)和 階梯疲勞測試(staircase fatigue test)(其結果描繪在圖2B中)通常被 用來表徵材料在常規HCF (例如，107)壽命循環內的疲勞特性。對這兩 種疲勞測試的結果進行的統計學分析通常基於疲勞強度呈正態分布的 假設。因此，其結果一般與中值疲勞強度的估計一致，但在它們的標準 偏差中顯示出巨大的差異(例如，達到兩倍)。階梯疲勞測試的缺點之 一是，所測試和計算的疲勞強度限於固定的循環次數(例如，對於低循 環疲勞(LCF)而言，大約104次循環，以及對於HCF而言，大約107次循 環)。與階梯疲勞測試相比，從W6hler測試獲得的S-N曲線能夠提供在 不同循環次數下直至斷裂的疲勞強度。無論是使用W6hler測試還是階梯 測試，常規的液壓伺服疲勞測試系統在不超過每秒大約一百次循環的標稱頻率下工作，這使得為VHCF應用(在該應用中，經歷108至1011 (或 更多)次循環)生成S-N或相關曲線在時間層面顯得不切實際。因此， 期望能夠估計在超出HCF極限(包括在VHCF範圍)的情況下鑄鋁合金 的強度和相關的材料特性。
發明內容
本發明滿足了這些期望，其中公幵了採用概率學方法來估計鑄鋁和 其它非鐵合金的VHCF特性的改進方法和系統。這些方法可基於用於常 規HCF (即，高達107次循環)的S-N和階梯疲勞數據以及所研究的材料 中的不連續處和微觀結構組分的總體(population)。
根據本發明的第一方面，使用一種用於預測金屬合金的VHCF強度 的方法。該方法包括選擇一種合金，其中推測或確定存在至少一個疲勞 裂紋萌生位置，且該合金通常不具有可辨認的耐久極限。該方法還包括 輸入表示疲勞裂紋萌生位置的不連續處或微觀結構組分的尺寸。由此， 該方法可用來基於修改的隨機疲勞極限(MRFL)模型計算VHCF強度和 無限壽命疲勞強度。
可選地，MRFL模型包括利用方程2,將在下文詳細討論。在更具體 的版式中，萌生疲勞裂紋的不連續處或微觀結構組分的尺寸被引入到該 模型中》這將MRFL模型擴展成可適用於具有不同的不連續處和微觀結 構組分的總體的相同材料。在一種具體形式中，金屬合金包括鑄鋁合金。 本領域技術人員將理解，其它非鐵金屬合金也能 夠使用，包括鍛造及相 關的非鑄造合金，以及其它非鐵金屬(例如鎂)的合金。在另一種選擇 中，一個或多個疲勞裂紋萌生位置由直接測量和分析預測中的至少一種 確定，其中直接測量選自X射線計算斷層成像、單個剖面及連續剖面金 相分析和斷口金相學分析或相關方法中的一種。在另一種選擇中，無限 壽命疲勞極限遵循根據方程3的分布，將在下文詳細討論。在更加具體 的選擇中，不連續處或微觀結構組分的尺寸遵循根據方程4的廣義極值 分布，將在下文詳細討論。本發明人還發現，鑄鋁構件中的給定體積的 元件的疲勞性能受不連續處和微觀結構組分的尺寸的極值控制，因而可 以受益於極值統計(EVS)在預測鋁基合金的疲勞壽命中的使用。在合 金的疲勞壽命擴展到超出常規的HCF值並進入VHCF工況(例如，至少 108次循環)的情況下，施加的應力也用作來自方程2的VHCF強度，將在下文詳細"i寸論。
根據本發明的第二方面，公開了一種可用來預測金屬鑄件的疲勞壽 命的製造品。該製造品包括計算機可用的介質，該計算機可用的介質具 有適於這種疲勞壽命預測的計算機可執行指令。計算機可執行指令包括 用於基於各種常數、輸入條件和疲勞引發條件的性質來確定疲勞壽命特 性的方程。該製造品特別適合用於預測VHCF疲勞壽命，其中與金屬鑄 件相關聯的耐久極限要麼不存在，要麼不易辨認。在本發明的上下文中， 在沒有大致固定的最大應力水平時，認為耐久極限不存在，其中材料在 低於該最大應力水平時能夠經受住大致無限次的應力循環而不發生破 壞。同樣，如果在4艮多次應力循環之後，合適的測量(例如，S-N曲線) 沒有顯示出大致恆定的最大應力水平，則耐久極限為不易辨認的。
可選地，用於計算VHCF強度的計算機可讀程序代碼部分包括與 MRFL模型相關聯的方程相結合使用廣義極值分布。
根據本發明的第三方面，公開了一種用於預測金屬合金的VHCF壽 命的設備。該設備包括例如在先前方面中所討論的計算裝置，且可以額 外包括樣品感測設備，其實例可包括疲勞測量構件，以及能夠在精確受 控的條件下引發和測量各種結構材料的拉伸、壓縮、衝擊和硬度特性的 構件。這樣的設備(它的很多實例可商業得到)可以可操作地聯接到計 算裝置，使得從該設備獲取的感測數據能夠由計算機可讀軟體運算以 便，除它用之外，計算取樣合金的疲勞特性。在其它形式中，樣品感測 設備可為傳感器，其構造成以識別可能成為疲勞裂紋萌生位置的不連續 處、裂紋和相關缺陷。這樣的設備可利用機器視覺或本領域技術人員已 知的任何其它方法工作以檢測這些缺陷。計算部件包括基於一個或多個 下文討論的方程來影響無限壽命疲勞強度計算的程序代碼。
任.選地，該程序還包括至少一種極值統計學算法，以估計預期出現 在合金中的上界萌生位置尺寸。用於計算無限壽命疲勞強度的代碼部分 包括利用MRFL方程。
下面對本發明的詳細描述在結合下面的附圖閱讀時能夠最好地得 到理解
圖示出鐵合金和鋁合金這兩者的代表性S-N繪製線；圖2A示出對鑄造A356鋁合金進行的S-N測試的數椐繪製線； 圖2B示出對鑄造A356鋁合金進行的階梯疲勞測試的數據和程序的 繪製線；
圖3示出鑄造A356樣品的由孔隙面積表徵的孔隙尺寸的廣義極值分
布；
圖4示出採用根據本發明的一個實施例的MRFL模型對A3 56鋁合金 的消失模鑄件進行的VHCF估計，也示出該VHCF估計與圖2A的S-N數據 的比4吏；以及
圖5示出 一種製造品，其包含了採用 一個或多個在MRFL才莫型中所用 的方程的算法。
具體實施例方式
特別參照圖4，使用MRFL模型來預測鑄鋁構件在特長壽命(108次 循環或更多)下的疲勞強度。在本發明中所提出的MRFL模型基於早期 隨機疲勞極限模型，在該隨機疲勞極限模型中，有限疲勞壽命可按下式 計算
formula see original document page 10
其中，《代表疲勞壽命的分散(scatter) ， Bo和B!為常數，Sl是試祥的無 限疲勞極限。
對於給定的應力狀態，總體而言，鑄鋁構件疲勞壽命的分散被認為 主要與不連續處和微觀結構組分的存在相關，尤其與它們的尺寸相關。 如此一來，本發明人感覺到應該修改方程1的隨機疲勞極限;^莫型以合併 不連續處和微觀結構組分的尺寸，由此提高模型的精度和對鑄造鋁合金 的適用性。方程2表示出了應該如何修改方程l的隨機疲勞極限模型
formula see original document page 10其中，C(,和C,是經驗常數，a是一個常數(在1-10範圍內)，CTa是施加的 應力，以及ai是疲勞裂紋集結處的不連續處或微觀結構組分的尺寸。在 本發明中，假定ai等於在體積含有缺陷的情形下的該缺陷的尺寸，等於第二相粒子尺寸，或等於在鋁基體中的平均自由行程的尺寸。和方程l 中的值SL—樣，CTL為試樣的無限壽命疲勞極限。本發明人相信，無限壽
命疲勞極限aL將遵循由方程(3)給出的Weibull分布
其中，P為在無限次循環下破壞的概率，以及ao和p是無限壽命疲勞極限 分布的Weilbull參數。
與方程1中早期隨機疲勞極限模型相比，方程2的MRFL模型不僅物 理上更合理，而且在壽命預測方面也更準確。例如，雖然當不連續處和 材料成分改變，甚至針對的是相同的合金和材料時，方程l的早期隨機 疲勞極限模型中的模型常數不得不重新擬合，但是在MRFL模型中不需 要這樣的改變。具體而言，對於相同材料和合金中的不連續處和微觀結 構組分的不同總體(p叩ulation),模型參數不需要改變。其優勢在於， 不連續處的總體能夠以正態過程變化而變化，例如季節性溼度變化，其 影響溶解在液態鋁中的氫的量，該氫的量轉而影響固化構件中孔隙的尺 寸。
現在討論從一組數據估計出統計學分布的參數的方法，本發明人使 用的是最大似然(ML)法，因為它具有良好的統計特性。ML法的主要 優勢在於，其能夠正確地處理經過檢查的數據，以及任何分布都可使用 (只要似然方程已知)。似然方程是實驗數據和限定該分布的未知參數 的函數。
例如，在階梯疲勞測試中，如果在應力幅度CTa下測試的試樣在比如
說107次循環之後沒有發生破壞，那麼可以認為該試樣的疲勞強度肯定大
於CJa。然而如果該試樣發生破壞了，那麼其疲勞強度應該小於C7a。如果 F(《fc》是被選來表示階梯測試中疲勞強度變化性的分布的累積密度函
數，那麼該階梯測試的似然函數定義成
其中，n對應於發生破壞的試樣的數量，m為未發生破壞(runout)的數量，(p)為確定針對具體循環次數的疲勞強度的分布的參數。在S-N測試 中，對於給定應力幅度aa的疲勞壽命的似然性可如下定義
formula see original document page 12
其中，n對應於破壞的試樣的數量，m為未發生破壞的數量，/(N糹,(rf)為 概率密度函數，^w,(rf)為累積密度函數，(p)為限定針對給定施加應力 的疲勞壽命的分布的參數。
接下來討論鑄鋁物體中的不連續處和微觀結構組分的尺寸(圖2中 的aO的概率，使用的是廣義極值分布。眾所周知，疲勞裂紋在遭受循 環應力的材料的體積中最大的"薄弱環節"處萌生。因此，在選擇疲勞 裂紋萌生源候選者的尺度時，應該考慮可用總體的上界。這通過採用各 種EVS方法估計該上界來完成，或通過直接測量裂紋萌生位置來完成， 所迷裂紋萌生位置本身就代表給定體積中可用總體的上界。在直接從裂 紋萌生位置進行測量時，不連續處或微觀結構組分的尺寸是如何遵循廣 義極值分布(GEVD)的表示如下
formula see original document page 12其中，c、 ao和p是代表ai的概率分布函數的形狀和尺度的GEVD參數。這 三個參數c、 ao和n的確定是採用ML法進行的。圖3示出了鑄造A356樣品 的採用了GEVD的孔隙尺寸(例如，表徵為a,V孔隙面積)的例子。
金相學技術在實踐中被廣泛地用來表徵二維(2D)的鑄造缺陷和微 觀結構。使用常規的2D金相學數據，鑄造缺陷、夾雜物和其它微觀結構 特徵的尺寸分布可以4艮好地由EVS採用例如下式的累積分布函數來描 述formula see original document page 12其中，x為缺陷或微觀結構特徵的特性參數，以及入和S分別稱為EVS位置參數和尺度參數(也稱為分布參數)。本領域技術人員將理解，雖然
在本發明中使用方程(7)來得到累積分布函數，但它僅僅是這種函數 的一個例子，可使用其它類似的分布函數來最佳地擬合實驗數據。
將一組缺陷或微觀結構特徵作為例子，可採用不同的方法來對分布
參數入和S進行估計，其中，最常用且最方便的方法是結合線性回歸的序
/秩統計法。將缺陷或微觀結構特徵的特性參數從小到大排序，並且按照
下式基於每個參數的秩j為其分配一個概率
F = ^i (8)
其中，n為數據點的總數目。通過兩次取其自然對數並將參數F (x)變 換成ln(-lnF(x))和參數x，可將方程7重整為如下的線性方程
-1n(-ln(柳)4.;c-垂 (9)
然後可用ML法、矩量法或最小二乘法計算EVS參數人和S。當樣本容 量小時(例如，大約30個缺陷或微觀結構特徵)，ML法能給出最有效 的估計。對於大量的樣本(例如，方程8中的n大於約50) ， ML法、矩 量法或最小二乘法的精度相似。
由E V S預測的缺陷或微觀結構特徵的特性參數取決於尋求預測的 材料的體積。體積效應由重現期T體現，其中考慮了兩個這樣的周期， 即T和Tb。 T代表取樣體積與一個零件的體積的比。在給定鑄件中最大的 缺陷或微觀結構特徵的重現期T通常由下式確定
,4 (10)r。
其中，V為鑄件的體積，Vo為用於測量缺陷或微觀結構特徵的試樣的體積。
接下來，外推該體積效應以表現該總體。該總體由一批N個鑄件表 示。在一批N個鑄件中出現一次的極限缺陷或微觀結構特徵的重現期為一旦考慮了體積效應，缺陷或微觀結構特徵的特性參數可採用下式
進行估計
x(r6) = ;i_(5in
一ln
、」、 V K乂
(12)
且可對最大缺陷或微觀結構特徵的特性參數進行3西格瑪(即，最 小理論值99.94%)估計。標準偏差由Cramer-Rao下界來估算
5D[x(7;)〗=冬々0.60793/ +0.51404^ + 1.10866 ( 13 )
其中，示為下式的y:
少二一(ln(I-+)) U4)
為EVS的約化變量，以及n為所分析的缺陷或微觀結構特徵的數量。 x (Tb)的3西才各瑪標準偏差置信區間由下式給出
x(7;)+3.幼[x(7;)] ( 15)
並且由下式給出對一定數量的鑄件中的最大的缺陷或微觀結構特 徵的特性參數的x+3cr估計
ltvG-+)]+3 ]) ( 16 )
EVS能夠從容易獲取的2D測量值估計出最大的3D特性尺寸，而用其 它方法去獲得該3D特性尺寸是困難的且代價高昂的。將理解，如果鑄造 樣品的任何給定部分的真實3D尺寸都已確定，那麼可不需要EVS。
再次參照圖4，與S-N曲線中的實馬t測量值相比，MRF1^莫型的預測 顯示出，將由方程6計算的不連續處(例如，孔隙)的尺寸引入MRFL模型提供了良好的疲勞特性預測，尤其是在VHCF工況。具體地，與S-N曲 線中的實驗測量值相比，MRFL模型的預測顯示出，將利用方程6估算的 第二相粒子尺寸引入MRFI^莫型提供了良好的疲勞特性預測。
接下來參照圖5,以上討論的MRFL模型可由能在計算裝置200上運 行的算法實施。計算裝置200 (示出的是桌上型電腦的形式，但本領域技 術人員可以理解，其也能夠是大型機、筆記本電腦、可攜式、單元機或 其它相關的微處理器控制的裝置)包括中央處理單元210、輸入220、輸 出230和存儲器240,存儲器240可包括隨機存取存儲器(RAM) 240A和 只讀存儲器(ROM) 240B,其中前者通常指易失的、可改變的存儲器， 後者指更永久的、不可改動的存儲器。隨著最新的發展，RAM240A和 ROM240B之間的這種差異正在變得越來越小，並且雖然ROM240B或 RAM240A都可被用作計算機可讀介質，通過該介質能夠運行表示一些 或全部前面提及的疲勞壽命預測方程的程序代碼，但本領域技術人員將 理解，當這樣的程序代碼被加載到計算裝置200中以便由中央處理單元 210後續讀取和運行時，它將通常駐存在RAM240A中。因此，在一種優 選形式中，算法可構造成計算機可讀的軟體，使得當其被加載到存儲器 240中時，其促使計算機基於用戶的輸入來計算疲勞壽命。含有算法的 計算機可讀介質還能夠通過其它便攜裝置，例如光碟、數字^L盤(DVD )、 快閃記憶體、軟盤等，引入計算裝置200中。無論哪種形式，加載後，計算機 可讀介質中包含了適於實現MRFL模型的決策過程的計算機可執行指 令。如本領域技術人員將理解的，計算裝置200可任選地包含外圍設備。 此外，計算裝置200可形成能夠被用來預測鋁鑄件疲勞壽命的系統的基 礎。該系統還可包含測量、測試和取樣i殳備(未示出)，^_得從樣品鑄 件中直接獲取的疲勞數據可被加載到存儲器240中或其它地方以便隨後 與預測數據等比較。
儘管出於說明本發明的目的而示出了某些代表性的實施例和細節， 但對本領域技術人員來說顯而易見的是，可在不偏離所附權利要求中限 定的本發明範圍的情況下做出各種變化。
權利要求
1.一種預測金屬合金的特高循環疲勞強度的方法，所述方法包括選擇一種合金，其中，推測或確定至少一個疲勞裂紋萌生位置在合金中存在且所述合金通常不具有可辨認的耐久極限；輸入表示所述至少一個疲勞裂紋萌生位置的不連續處或微觀結構組分的尺寸；輸入對應於所述合金的有限壽命疲勞強度；以及利用修改的隨機疲勞極限模型來計算無限壽命疲勞強度和所述特高循環疲勞強度。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述修改的隨機疲勞極限模 型包括利用以下方程ln W,) - C0 + C，, ln(cr。 - crL)其中，ai為不連續處或微觀結構組分的所述尺寸，Nf為疲勞壽命，Co和 Cj為常數，OC為1至10之間的範圍內的常數，CTa為施加的應力，以及CTL為所述無限壽命疲勞強度的度量。
3. 根椐權利要求2所述的方法，其中，所述施加的應力包括在所述 疲勞壽命為至少108次循環的情況下的所迷特高循環疲勞強度。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述無限壽命疲勞強度的分 布大致遵循以下方程formula see original document page 2其中，P為在無限次循環下破壞的概率，以及CTo和P是所述無限壽命疲勞 強度的分布的參數。
5. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述有限壽命疲勞強度包括 在高達千萬次循環的疲勞壽命下的疲勞強度。
6. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述金屬合金包括鑄造金屬 合金。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，所述鑄造金屬合金包括鑄造鋁合金。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述金屬合金包括鍛造非鐵 合金。
9. 根據權利要求l所述的方法，其中，至少一個疲勞裂紋萌生位置 由直接測量和分析預測中的至少 一種確定。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述直接測量包括X射線計 算斷層成像、單個剖面及連續剖面金相學和斷口金相學分析中的至少一 種。
11. 根據權利要求2所述的方法，其中，所迷不連續處或微觀結構 組分的所述尺寸遵循根據以下方程的廣義極值分布formula see original document page 3其中，c、 ao和n是廣義極值參數，用來代表ai的概率性分布函數的形狀 和尺度中的至少一個。
12. 根據權利要求ll所述的方法，其中，所述極值分布與2D金相學 技術、斷口金相學分析技術、X射線計算斷層成像、以及計算模擬和建 模中的至少一種相結合使用，以估計代表不連續處或微觀結構組分的所 述尺寸的總體的多個值。
13. —種製造品，包括計算機可用的介質，該計算機可用的介質具 有在其中實施的計算機可讀程序代碼，用於計算金屬鑄件的特高循環疲 勞強度和無限壽命疲勞強度中的至少一個，其中與所述金屬鑄件相關聯 的耐久極限要麼不存在，要麼不易辨認，在所述製造品中的所述計算機 可讀程序代碼包括用於使計算機確定所述金屬鑄件的無限壽命疲勞強度的計算機可 讀程序代碼部分，其中，至少一個疲勞裂紋萌生位置#:推測或確定為在 所述金屬鑄件中存在；用於接收與所述至少一個疲勞裂紋萌生位置相關聯的不連續處尺 寸的代表的計算機可讀程序代碼部分；用於基於修改的隨機疲勞極限模型計算所述疲勞強度的計算機可 讀程序代碼部分；以及構造成將由所述修改的隨機疲勞壽命模型計算的結果輸出為機器可讀格式或人可讀格式中的至少一種的計算機可讀程序代碼部分。
14. 根據權利要求13所述的製造品，其中，用於計算所迷特高循環疲勞強度和無限壽命疲勞強度中的至少一個的所述計算機可讀程序代碼部分包括利用以下方程formula see original document page 4來實現所述修改的隨機疲勞極限模型，其中，ai為所述不連續處和微觀結構組分的尺寸，Nf為疲勞壽命，Co和C!為經驗常數，oc為l至10之間的範圍內的常數，CTa為施加的應力，以及C7L為所述無限壽命疲勞強度的度量。
15. 根據權利要求14所述的製造品，其中，用於計算所述疲勞強度的所述計算機可讀程序代碼部分包括與修改的隨機疲勞極限模型相結合使用廣義極值分布。
16. —種用於預測金屬合金的疲勞壽命的設備，其中與該合金相關聯的耐久極限要麼不存在，要麼不易辨認，所述設備包括構造成獲取測量到的或預測到的疲勞裂紋萌生位置信息中的至少一種的裝置；以及計算部件，其構造成接受從所述裝置收集到的疲勞特性數據，且進一步構造成根據由計算機可讀程序提供的指令來計算合金的特高循環疲勞強度和無限壽命疲勞強度中的至少一個，所述程序包括用於使所述計算部件確定合金的特高循環疲勞強度和無限壽命疲勞強度中的所述至少一個的代碼部分，其中，推測或確定至少一個疲勞裂紋萌生位置在所述合金中存在；用於接收與所述至少一個疲勞裂紋萌生位置相關聯的不連續處的尺寸和微觀結構組分的尺寸中的至少一個的代碼部分；用於基於修改的隨機疲勞極限模型計算特高循環疲勞強度和無限壽命疲勞強度中的所述至少一個的代碼部分；以及構造成將由所述MRFL模型計算的結果輸出為機器可讀格式或人可讀格式中的至少一種的代碼部分。
17. 根據權利要求16所迷的設備，其中，所述程序還包括至少一種極值統計算法，以估計預期出現在合金中的上界萌生位置尺寸。
18.根據權利要求16所述的設備，其中，用於計算特高循環疲勞強度和無限壽命疲勞強度中的所述至少一個的所述計算機可讀程序代碼部分包括利用以下方程ln(《iV,) = C。 + C' ln(CT。 — c^)來實現所述修改的隨機疲勞極限模型，其中，ai為所述不連續處和微觀結構組分的尺寸，Nf為疲勞壽命，Co和C!為經驗常數，a為l至10之間的範圍內的常數，CJa為施加的應力，以及CJL為所述無限壽命疲勞強度的度量。
全文摘要
用於預測金屬合金在特高循環疲勞應用中的疲勞壽命的系統和方法。該系統和方法對鑄造金屬合金，例如鑄造鋁合金尤其有用，在該金屬合金中，疲勞耐久極限要麼不存在，要麼不易辨認。疲勞特性，例如在特高循環疲勞區域的疲勞強度，基於修改的隨機疲勞極限模型，其中，特高疲勞強度和無限壽命疲勞強度被精細處理以考慮不連續處和微觀結構組分的尺寸，因為疲勞壽命分散取決於不連續處和微觀結構組分的存在。能萌生疲勞裂紋的不連續處和微觀結構組分的尺寸可用極值統計來確定，然後輸入到修改的隨機疲勞極限模型中。
文檔編號G06F17/50GK101639872SQ20091016506
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月30日 優先權日2008年7月30日
發明者B·R·小鮑威爾, C·-C·張, P·E·瓊斯, Q·王 申請人:通用汽車環球科技運作公司