本发明属于结构部件评估，涉及一种考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法。
背景技术：
1、确定结构部件在长期使用期间的安全性和可靠性已成为现代制造业的迫切需求。疲劳裂纹成核、萌生以及早期扩展是决定疲劳性能的决定性因素，尤其是在超高周疲劳中以局部微观组织为主的早期失效行为占了总寿命的95%以上。因此，根据裂纹萌生特征预测结构的疲劳寿命是可行的。过去基于表面划痕或是内部夹杂诱导的裂纹萌生方式已经得到了寿命预测模型。由于这些模型的建立仅基于平面信息，所以预测的结果并不理想。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，解决现有技术中根据裂纹萌生特征预测结构的疲劳寿命不准确的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：
3、s1，获取试验试样，对试验试样进行超声疲劳试验，得到失效试样；
4、s2，使用扫描电子显微镜对失效试样的疲劳断裂表面进行扫描，当疲劳断裂表面中存在细晶区疲劳裂纹萌生源时，执行步骤s3，否则返回步骤s1；
5、s3，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的裂纹萌生区参数，裂纹萌生区参数包括萌生区投影面积和萌生区倾斜角度；
6、s4，根据萌生区投影面积和萌生区倾斜角度确定萌生区真实面积；
7、s5，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区倾斜面上的应力强度因子；
8、s6，根据萌生区真实面积和应力强度因子，建立疲劳寿命模型；
9、s7，根据疲劳寿命模型，对失效试样的疲劳寿命进行预测。
10、在s3中，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区投影面积，具体包括：
11、s3a-1，使用扫描电子显微镜对疲劳断裂表面进行至少两次扫描，得到至少两份扫描电子显微图；
12、s3a-2，对至少两份扫描电子显微图进行测量，得到至少两个萌生区投影面积数据；
13、s3a-3，对至少两个萌生区投影面积数据求取平均值，作为萌生区投影面积。
14、在s3中，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区倾斜角度，具体包括：
15、s3b-1、使用非接触式光学测量系统对细晶区疲劳裂纹萌生源的裂纹萌生特征进行识别，并将识别的结果导入三维形貌分析软件；
16、s3b-2、在三维形貌分析软件中，对细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区域纵向最高点和最低点进行截面得到截面剖面高度图；
17、s3b-3、根据三维形貌图中萌生区域边界的纵向坐标获取在截面剖面高度图中萌生区域的起点和终点，三维形貌图是从三维形貌分析软件中得到的；
18、s3b-4、根据萌生区域的起点和终点之间的高度和长度，得到萌生区倾斜角度。
19、在s4中，确定萌生区真实面积用的公式为：
20、
21、其中，表示萌生区真实面积，表示萌生区投影面积，表示萌生区倾斜角度。
22、在s5中，获取应力强度因子的公式为：
23、；
24、其中，表示萌生区倾斜面所受应力法向的投影分量，表示萌生区的真实面积，表示圆周率，表示应力强度因子。
25、在s6中，建立疲劳寿命模型具体包括：
26、s6-1，获取细晶区疲劳裂纹萌生源中断口疲劳裂纹的扩展公式；
27、s6-2，根据扩展公式、萌生区真实面积和应力强度因子，确定初始疲劳寿命模型；
28、s6-3，根据设计实验对初始疲劳寿命模型中的未知参数进行求解，得到未知参数的求解结果；
29、s6-4，将求解结果代入初始疲劳寿命模型，得到疲劳寿命模型。
30、在s6-1中，扩展公式为：
31、；
32、其中，为断口疲劳裂纹的扩展速率，为应力强度因子的幅值，和为与材料有关的常数。
33、在s6-2中，初始疲劳寿命模型为：
34、；
35、其中，表示应力强度因子，表示萌生区的真实面积，表示疲劳寿命，和为与材料有关的常数。
36、在s6-4中，疲劳寿命模型为：
37、；
38、其中，表示圆周率，表示萌生区倾斜面所受应力法向的投影分量，表示萌生区的真实面积。
39、本发明的主要有益效果在于：
40、通过测量裂纹萌生区的三维参数，计算应力强度因子的大小，确定了裂纹萌生源位置处细晶区形貌形成的主导因素，从而确保了疲劳寿命预测公式的适用性；并且使用三维形貌参数代替平面参数对已有的寿命预测公式进行调整，得到了更为精确的寿命预测模型。
41、通过测量裂纹萌生区的三维参数，得到准确的萌生区投影面积和萌生区倾斜角度，提高了数据的准确性。
42、计算应力强度因子的大小，揭示了裂纹萌生源位置处细晶区形貌形成的主导因素，从而确保了疲劳寿命预测公式的适用性。
1.一种考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s3中，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区投影面积，具体包括：
3.根据权利要求1所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s3中，获取细晶区疲劳裂纹萌生源的萌生区倾斜角度，具体包括：
4.根据权利要求1所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s4中，确定萌生区真实面积用的公式为：
5.根据权利要求1所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s5中，获取应力强度因子的公式为：
6.根据权利要求1所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s6中，建立疲劳寿命模型具体包括：
7.根据权利要求6所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s6-1中，扩展公式为：
8.根据权利要求6所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s6-2中，初始疲劳寿命模型为：
9.根据权利要求6所述的考虑裂纹萌生区位向特征的超高周疲劳寿命预测方法，其特征是：在s6-4中，疲劳寿命模型为：
