(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 20221079315 5.X (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 安徽建筑大学 地址 230601 安徽省合肥市经济技 术开发 区紫云路292号 (72)发明人 王芳　任志杰　刘凯　黄沐阳　 杨仲　张红波　陶明霞　马志平　 (74)专利代理 机构 合肥汇融专利代理有限公司 34141 专利代理师 赵宗海 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的 疲劳损伤评价方法 (57)摘要 本发明公开了一种修护加固用的硬质聚氨 酯泡沫材料的疲劳损伤评价方法， 涉及材料的力 学性能领域， 具体包括以下步骤： 在Chaboche损 伤演化模型基础上引入加载频率， 推导出硬质聚 氨酯泡沫材料在不同应力水平和不同加载频率 下的疲劳损伤预测模型， 用实验和推导过程中的 公式确定 出模型中的未知参数值， 并拟合参数与 荷载条件的函数关系式和参数与密度的函数关 系式， 使得模 型可直接预测不同密度的硬质聚氨 酯泡沫材料在不同应力水平和不同加载频率下 的疲劳损伤， 本发明同时考虑到了密度、 名义应 力水平和加载频率的影 响， 并用符合实际荷载条 件的实验确定模型参数， 使模型适用范围广， 可 靠性高， 预测结果符合实际。 权利要求书2页 说明书15页 附图2页 CN 115203928 A 2022.10.18 CN 115203928 A 1.一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方法， 其特征在于， 所述评 价方法为建立不同密度的硬质聚氨酯泡沫材料在不同荷载条件下的疲劳损伤演化模型， 所 述模型建立的方法包括以下步骤： ①建立理论模型： 在传统的Chaboche损伤演化模型的基础上推导出引入加载频率后的 基础公式， 推出在不同名义应力水平和不同加载频率下的硬质聚氨酯泡沫材料疲劳损伤演 化的理论模型， 再通过该模型公式推导出疲劳寿命的计算公式和理论模型公式简化后的公 式； ②制备试件： 制备多组密度不同的试件， 且试件形状为长方体梁形， 试件大小形状相 同； ③三点弯曲实验： 采用三点弯曲实验测得不同密度试件的弯曲抗拉强度， 并将其定义 为极限静态 弯曲应力， 用以计算名义应力水平； ④三点弯曲疲劳实验： 将每组试件在不同荷载条件下进行实验， 记录每个试件在不同 荷载条件下 的加载次数和随时间变化施加的荷载， 以及试件的应变变化情况， 并设立加载 循环过程中加载N次后的损伤变量 实验值的计算 公式， 以加载循环过程中加载N次后的损伤 变量来反映疲劳损伤情况； ⑤参数确定的实用模型： 结合步骤 ①中疲劳寿命计算公式和简化后的模型公式以及步 骤④中的实验数据， 确定模型中未知参数， 再拟合参数与荷载条件的函数关系式和 参数与 密度的函数关系式， 最终得到不同密度的硬质聚氨酯泡沫材料在不同荷载条件下的疲劳损 伤演化模型。 2.根据权利要求1所述的一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方 法， 其特征在于， 所述 步骤①中引入加载 频率后的基础公式为下式(1)： 式中： DN‑N次加载循环后的损伤变量； N ‑加载循环次数， N＝0、 1、 2 …； Si‑名义应力水平； f‑加载频率(HZ)； α， β， γ， m ‑模型参数， 在不同名义应力水平和不同加载频率下的硬质聚氨酯泡沫材料疲劳损伤演化的理论 模型为下式(2)： 疲劳寿命的计算公式为下式(3)： 式中： Nl‑疲劳寿命， 理论模型公式简化后的公式为下式(4)： 。 3.根据权利要求1所述的一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方 法， 其特征在于， 所述步骤 ②中制备试件， 是用聚醚多 元醇、 催化剂、 发泡剂的混合物与 异氰 氨酯按1∶1的体积比混合后注入长方体模具中， 并通过控制材料 的注入量制作多组密度不权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203928 A 2同的试件， 并保证各个试件大小形状相同。 4.根据权利要求1所述的一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方 法， 其特征在于， 所述步骤 ③中三点弯曲实验， 是将不同密度的试件在伺服液压万能实验机 上测试， 获得不同密度试件的弯曲抗拉强度， 将其定义为极限静态弯曲应力σult， 并拟合出 密度与极限静态 弯曲应力的函数关系式， 用以计算名义应力水平， 密度与极限静态 弯曲应力的函数关系式为下式(5)： σult＝0.01785ρ ‑0.54365          (5) 式中： σult‑极限静态 弯曲应力(MPa)； ρ ‑硬质聚氨酯泡沫材 料的密度(kg/m3)。 5.根据权利要求1所述的一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方 法， 其特征在于， 所述步骤 ④中三点弯曲疲劳实验， 是将不同密度的试件在不同加载频率下 分别进行不同名义应力水平的疲劳测试， 并记录每个试件在不同荷载条件 下的加载次数和 随时间变化施加的荷载， 以及试件的应变变化情况， 并定义加载循环过程中加载N次后的损 伤变量实验值的计算公式， 以加载循环过程中加载N次后的损伤变量 来反映疲劳损伤情况， 实验中名义应力水平的计算公式为下式(6)： 式中： σmax‑加载循环中最大应力(MPa)， 用实验数据计算 N次加载循环后的损伤变量实验值的公式为下式(7)： 式中： εN‑N次加载循环后的累积应 变( μm)； εult‑累积失效应 变( μm)。 6.根据权利要求1所述的一种修护加固用的硬质聚氨酯泡沫材料的疲劳损伤评价方 法， 其特征在于， 所述 步骤⑥中， 结合式(3)和步骤 ④中实验数据确定出参数γ＝ ‑0.921， 结合式(4)和步骤 ④中实验数据确定出不同密度试件对应的参数 的值， 再拟合出 参数 的值与试件密度的函数关系式为下式(8)： 结合式(3)和步骤 ④中实验数据， 用最小二乘法优化出不同荷载条件下的参数α和m的 值， 并拟合出参数m与加载 频率f和名义应力水平Si的函数关系式见 下式(9)： m＝0.84Si2.98+1.37Si0.09×(1.18f0.3+0.05)+2.76       (9) 再拟合出参数α 与加载 频率f和名义应力水平Si的函数关系式为下式(10)： α ＝‑0.2848Si2.43+9.656f‑0.58·lnf‑3.5177        (10) 将参数γ 的值、 式(8)、 式(9)和式(10)结合式(2)， 最终得到不 同密度的硬质聚氨酯泡 沫材料在不同荷载 条件下的疲劳损伤演化模型为下式(1 1)： 式中： m＝0.84Si2.98+ 1.37Si0.09×(1.18f0.3+0.05)+2.76； α ＝ ‑0.2848Si2.43+9.656f‑0.58·lnf‑3.5177。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203928 A 3