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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:李永平,康贺铭,李明凯,于欢,邓海龙.基于均方误差修正的渗碳12CrNi3钢疲劳强度预测模型[J].材料科学与工艺,2023,31(2):60-68.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20210325.
LI Yongping,KANG Heming,LI Mingkai,YU Huan,DENG Hailong.Prediction model for fatigue strength of carburized 12CrNi3 steel based on mean square error correction[J].Materials Science and Technology,2023,31(2):60-68.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20210325.
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基于均方误差修正的渗碳12CrNi3钢疲劳强度预测模型
李永平1,康贺铭1,李明凯1,于欢1, 邓海龙1,2
(1.内蒙古工业大学 机械工程学院,呼和浩特 010051;2.内蒙古自治区先进制造技术重点实验室,呼和浩特 010051)
摘要:
为对渗碳12CrNi3合金钢提供一种安全可靠的高周疲劳强度预测方法,本文利用高频疲劳测试机,在104~108循环周次内对渗碳12CrNi3合金钢疲劳试样开展应力比为-1的高周疲劳实验。采用灰色估计法对渗碳12CrNi3钢疲劳数据的威布尔W(α,β,γ)参数进行评估,并通过估算的威布尔参数,进一步确定渗碳12CrNi3合金钢强度预测模型的参数。考虑应力-寿命关系,结合疲劳数据的威布尔分布规律,建立了失效概率为1%时的渗碳12CrNi3合金钢高周疲劳强度预测模型。从预测疲劳强度安全可靠性出发,通过均方误差(MSE)方法对模型进行修正,并将修正后模型99%MSE下界线与渗碳12CrNi3合金钢疲劳寿命P-S-N曲线(不同存活率P的S-N曲线)进行对比,研究发现12CrNi3合金钢疲劳寿命数据点均位于模型99%MSE下界线内,预测结果很好。研究表明,在以渗碳12CrNi3合金钢为材料,加载方式为拉压条件下的实际工程中,修正后模型99%MSE下界线可以更安全地作为构件可靠性设计的下界。
关键词:  12CrNi3合金钢  威布尔分布  P-S-N曲线  均方误差(MSE)  疲劳强度预测
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20210325
分类号:TG144
文献标识码:A
基金项目:内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2018BS05005,2021LHMS05009);内蒙古高等教育研究项目(NJZY21306); 内蒙古自治区其他厅局项目(2018NMKJ11);内蒙古工业大学科学研究项目(ZZ201801, ZY202005).
Prediction model for fatigue strength of carburized 12CrNi3 steel based on mean square error correction
LI Yongping1, KANG Heming1, LI Mingkai1, YU Huan1, DENG Hailong1,2
(1.Faculty of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China; 2.Inner Mongolia Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology, Hohhot 010051, China)
Abstract:
To provide a safe and reliable high cycle fatigue strength prediction method for carburized 12CrNi3 alloy steel, we carried out high cycle fatigue tests with a stress ratio of -1 on carburized 12CrNi3 alloy steel fatigue specimen in 104~108 cycles by using a high frequency fatigue testing machine. The Weibull W(α, β, γ) parameters of fatigue data of carburized 12CrNi3 steel were evaluated by grey estimation method. The parameters of strength prediction model of carburized 12CrNi3 alloy steel were further determined by the estimated Weibull parameters. Considering the stress-life relationship and the Weibull distribution of fatigue data, a prediction model for high cycle fatigue strength of carburized 12CrNi3 alloy steel with failure probability of 1% was established. From the perspective of predicting the safety and reliability of fatigue strength, the model was modified based on mean square error (MSE) method. By comparing the lower boundary of 99%MSE of the modified model with P-S-N curve (S-N curves for different survival rates P) of fatigue life of carburized 12CrNi3 alloy steel, it was found that the fatigue life data points of 12CrNi3 alloy steel were located in the lower boundary of 99%MSE of the model, and the prediction results were good. The results show that in the practical engineering with carburized 12CrNi3 alloy steel as material and loading mode of tension and compression, the lower boundary of 99%MSE of the modified model can be used as the lower boundary of component reliability design more safely.
Key words:  12CrNi3 alloy steel  Weibull distribution  P-S-N curve  mean square error (MSE)  fatigue strength prediction

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