基于模糊数学和灰色系统理论预测疲劳寿命

摘要

传统的疲劳寿命预测方法Miner理论忽略了低于疲劳极限的应力对构件造成的损伤，导致疲劳寿命预测误差较大。为计算低于疲劳极限的应力对构件造成的损伤，根据加载应力与其造成损伤的特点，选用半梯形与梯形分布中的偏大型隶属函数，用其隶属度来刻画低于疲劳极限的应力造成损伤的度。将该隶属函数反映的损伤现象视为一个灰色系统，建立应力与隶属度的等间距GM（1,1）模型。然后拟合出其函数表达式，与隶属函数结合，计算低于疲劳极限应力造成的损伤。采用两组41Cr4的多级加载实验数据对提出的新模型进行验证与评估，预估结果与实验结果的误差在7.5%左右。此模型与Miner理论、等间距灰色系统预测疲劳寿命模型，以及灰色Verhulst预测疲劳寿命模型相比，均提高了疲劳寿命预测精度。