(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 202111543879.0 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 中国科学院金属研究所 地址 110016 辽宁省沈阳市沈河区文化路 72号 (72)发明人 庞建超　杨文军　李守新　邹成路　 张哲峰　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 于晓波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于能量法和等效构件模型的缸盖疲 劳寿命预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于能量法和等效构件 模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 属于材料科学与 工程应用技术领域。 该方法首先依据火力面结构 特征建立缸盖等效构件模型， 然后利用有限元软 件前处理模块定义相应材料参数、 单元类型， 完 成边界条件及载荷的施加； 进一步开展热 ‑机耦 合动力学仿真， 基于后处理模块提取服役工况下 的载荷谱曲线； 最后借助能量法疲劳寿命预测模 块， 导入有限元仿真得到的热 ‑机载荷谱， 基于能 量法理论完成热 ‑机疲劳寿命分析， 进而通过线 性累积方法获得缸盖等关键构件服役工况下的 损伤分布和寿命值。 该方法易于实现、 成本低廉， 可有效解决传统热 ‑机疲劳试验耗资高、 效率低 等问题， 能够为缸盖等复杂构 件的设计与优化提 供有效工具。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114912211 A 2022.08.16 CN 114912211 A 1.一种基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特征在于： 该方法首 先依据火力面结构特征建立缸盖等效构件模型， 然后利用有限元仿 真获得服役工况下关键 部位的热 ‑机载荷谱曲线； 进一步基于能量法理论， 并借助能量法疲劳寿命预测模块， 完成 热‑机疲劳寿命预测， 进 而获得缸盖服役工况 下的损伤分布及寿命值。 2.根据权利要求1所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 该 方法包括如下步骤： (1)依据火力面结构特征建立缸盖等效构件模型， 导入有限元软件进行网格划分， 定义 相应材料参数、 单 元类型， 并设置 接地弹簧， 完成边界条件及载荷的施加； (2)基于传热分析和动力学分析模块， 完成热 ‑机耦合动力学仿真， 并提取服役工况下 的载荷谱曲线； (3)定义材 料循环应力 ‑应变曲线， 并输入步骤(2)仿真得到不同工况 下的疲劳载荷谱； (4)基于能量法理论建立能量法疲劳寿命预测模块， 完成热 ‑机疲劳寿命分析， 进而通 过线性累积方法获得服役工况 下缸盖的损伤分布及寿命值。 3.根据权利要求2所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 步骤(1)中， 缸盖的火力面部位受载最为严重且复杂， 是最易损坏的部位之一， 故缸 盖等效构件模型选择缸盖火力面部位； 有限元网格需进行无关性检验， 以保证足够的计算 精度和效率； 材料参数根据实际构件材料不同温度下 的弹塑性 曲线确定； 施加的边界条件 及载荷取决于实际构件的约束和受载情况。 4.根据权利要求2所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 步骤(2)中， 基于传热分析获得等效构件服役工况下的温度分布， 进一步将温度场 计算结果导入动力学分析模块， 完成热 ‑机耦合动力学仿 真， 并提取服役工况下的载荷 谱曲 线。 5.根据权利要求2所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 步骤(3)中， 定义材料循环应力 ‑应变曲线， 将其导入步骤(2)有限元仿真结果， 得到 不同工况 下的疲劳载荷谱。 6.根据权利要求2所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 步骤(4)中的能量法疲劳寿命预测模块具体如下： 基于能量法的疲劳损伤理论可由公式(1)表示： Ws＝W0·Nf‑1/β                   (1) 公式(1)中， Nf为载荷循环周次； Ws为循环稳定时滞回环的面积； W0为疲劳韧性； β 为材料 疲劳损伤转 化因子； 不同温度时， W0和β 的值可通过如下公式(2) ‑(3)进行计算： W0＝eT+f                      (2) β ＝mT+n                      (3) 公式(2)‑(3)中， e、 f、 m和n 为材料参数； 基于能量法的疲劳损伤理论建立能量累积损伤模型， 并利用能量累积损伤模型进行寿 命预测； 能量累积损伤模型如公式(4) ‑(5)：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114912211 A 2公式(4)‑(5)中， Wi为第i周的滞回能， Wi＝k·Δ εp·Δσ， k为形状因子， Δ εp为塑性应变 变化量， Δσ 为应力变 化量； W0和β 为材料 常数； Di为第i周的损伤参量； D为疲劳损伤总和， 当D 值达到1时， 材 料失效。 7.根据权利要求6所述的基于能量法和等效构件模型的缸盖疲劳寿命预测方法， 其特 征在于： 步骤(4)中， 针对内燃机不同工况下的载荷谱， 考虑热 ‑机载荷耦合作用的影响， 基 于能量法完成服役载荷条件下 的热‑机疲劳分析， 进而通过线性累积方法获得服役工况下 缸盖的损伤分布及寿命值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114912211 A 3