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龙图腾网获悉西北有色金属研究院申请的专利一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115841857B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-12发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211555386.3，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法是由孙锐;张文;白润;刘辉;白伟;周永康;王峰设计研发完成，并于2022-12-06向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法，包括：一、获取加载恒定载荷条件下金属材料的应力‑寿命拟合公式；二、获取初始吉布斯自由能变方程；三、获取周期性载荷加载条件下的塑性应变能密度；四、修正初始吉布斯自由能变方程中的裂纹表面能；五、预估裂纹萌生寿命；六、验证获取的裂纹萌生寿命精度。本发明通过建立基于吉布斯自由能变与内部裂纹萌生时能量演化的关系，随后结合晶体塑性有限元计算循环加载条件下的塑性应变能密度，进而基于能效因子评估对初始吉布斯自由能变方程进行修正，建立细观内部疲劳裂纹萌生寿命预测模型，对金属材料的疲劳寿命进行预估和验证，满足了机械结构环境‑高性能‑长寿命设计要求。

本发明授权一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法在权利要求书中公布了：1.一种金属材料内部疲劳失效的寿命预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤一、获取加载恒定载荷条件下金属材料的应力-寿命拟合公式：根据金属材料疲劳试验标准，进行周期性载荷加载条件下的恒定载荷疲劳试验，将所得试验数据绘制在坐标系内，通过线性拟合，得到金属材料在恒定载荷加载条件下的应力-寿命曲线和拟合公式lgσa＝AlgNf+B；其中，σa为加载的应力幅值，Nf为与加载的应力幅值对应的试验疲劳寿命，A和B为拟合参数； 步骤二、获取初始吉布斯自由能变方程：结合吉布斯自由能理论、Mura和Nakasone的理论，得到在对金属材料施加周期性载荷的条件下其内部裂纹萌生过程的能量演化方程为ΔG＝-We-Wd+2cvirγs；其中，ΔG为吉布斯自由能变，We为裂纹张开时材料释放的弹性能，Wd为内能存储在金属材料晶格缺陷中的部分外功，cvir为虚拟裂纹长度数值的12，γs为裂纹表面能； 步骤三、获取周期性载荷加载条件下的塑性应变能密度：利用有限元软件建立多晶代表体积元模型，采用拉格朗日实体单元对多晶代表体积元模型进行离散，对离散后的多晶代表体积元模型施加周期性载荷，将具有最高塑性应变能密度值的单元作为裂纹萌生的临界单元，则临界单元的塑性应变能密度为且其中，Δτ为局部剪切应力变化范围，Δγp为对应位置的塑性剪切应变变化范围； 步骤四、修正初始吉布斯自由能变方程中的裂纹表面能，过程如下： 步骤401、假设金属材料滑移带中所有位错偶极子均会影响裂纹萌生，则单一滑移带中的位错偶极子数量neq，且其中，b为伯氏矢量，Weq为单一滑移带内部位错偶极子存储的应变能，d为晶粒尺寸，h为滑移带宽度，μ为剪切模量； 步骤402、当裂纹萌生结束时，根据Murakami理论，裂纹特征长度为则导致裂纹萌生的最低表面能与Weq之间的关系式为 步骤403、裂纹长度和伯氏矢量绝对值b与位错数量nc之间的关系为结合步骤401和步骤402，得到位错数量nc的表达式为进而得到裂纹表面能γs的表达式为 步骤五、预估裂纹萌生寿命：根据机械结构中的金属材料，该金属材料的能效因子f保持恒定，结合步骤三和步骤四中的公式可将步骤二中的能量演化方程转化为 对该公式求偏导可得 当位错偶极子存储的能量与裂纹萌生能量处于平衡状态时，即时，吉布斯自由能变ΔG最大，则 得到则此时的N为裂纹萌生寿命Ni； 另外，Δτ·Δγp为临界单元的塑性应变能密度的两倍，则 步骤六、验证获取的裂纹萌生寿命精度：以试验疲劳寿命为横坐标，预估裂纹萌生寿命为纵坐标，建立坐标系，将机械结构中的金属材料发生内部失效时的预估裂纹萌生寿命和试验疲劳寿命的比值在坐标系中标出，且机械结构中的金属材料发生内部失效时的预估裂纹萌生寿命和试验疲劳寿命的比值位于3倍线边界内，得出预估的裂纹萌生寿命为该金属材料的内部疲劳失效寿命。

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