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专利号: 2016104853568
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于总应变能量密度的焊缝疲劳寿命计算方法,其特征在于所述的方法主要包括如下如下步骤:步骤一:通过焊接接头材料疲劳性能试验,分别获得拉压和扭转循环载荷作用下正应力与应变曲线和剪应力-应变曲线,计算正应力与应变曲线和剪应力-应变曲线对应的正弹性应变能量密度和塑性应变能量密度;建立焊缝总应变能量密度与寿命函数方程、半周寿命对应的应力与应变函数方程,根据实验数据拟合确定两个方程所需的疲劳强度系数、疲劳强度指数、循环强化系数、循环应变硬化指数;

步骤二:利用壳单元模型模拟焊缝力学行为,通过多载荷步法计算循环载荷作用下焊缝结构应力应变响应,输出模拟真实载荷作用下的应力与应变曲线;

步骤三:根据应力应变响应所围成的面积,计算循环载荷作用下总应变能量密度,结合总应变能量密度与寿命函数方程,计算焊缝焊趾热点损伤和疲劳寿命分布情况。

2.如权利要求1所述的一种基于总应变能量密度的焊缝疲劳寿命计算方法,其特征在于所述的步骤一中,焊缝总应变能量密度与寿命函数方程按如下步骤建立:步骤一:通过焊接接头材料疲劳性能试验分别获取焊缝拉压和扭转循环载荷作用下正应力与应变曲线和剪应力-应变曲线,根据正应力-应变曲线和剪应力-应变曲线计算正弹性应变能量密度ΔWe+:式中: 为循环载荷作用下正应力、剪应力, 为相应的弹性应变, 为正应力、剪应力峰值,E为弹性模量;

步骤二:根据正应力与塑性应变曲线和剪应力与塑性应变曲线,计算塑性应变能量密度ΔWp:式中: 为最大正应力、剪应力对应的塑性应变,S1为卸载路径,S2为加载路径;

步骤三:正弹性应变能量密度ΔWe+和塑性应变能量密度ΔWp之和等于总应变能量密度ΔW,即:ΔW=ΔWe++ΔWp        (3)

步骤四:结合总应变能量密度ΔW和疲劳寿命循环次数N,建立ΔW和N函数方程:ΔW=E(N)B        (4)

其中B为疲劳强度指数,E为疲劳强度系数;计算正应力作用下的总应变能量密度时,式(4)改写为式(5):其中,ΔWA为正应力作用下的总应变能量密度,Ee为正应力作用下的疲劳强度系数,NA为正应力作用下的疲劳寿命循环次数,BA为正应力作用下的疲劳强度指数;

计算剪应力作用下的总应变能量密度时,式(4)改写为式(6):其中,ΔWT为剪应力作用下的总应变能量密度,ET为剪应力作用下的疲劳强度系数,NT为剪应力作用下的疲劳寿命循环次数,BT为剪应力作用下的疲劳强度指数;

计算正应力与剪应力共同作用下的总应变能量密度时,式(4)改写为式(7):其中,Nf为正应力与剪应力共同作用下的疲劳寿命循环次数,ΔWB为正应力与剪应力共同作用下的总应变能量密度,其值ΔWB=ΔWA+ΔWT;

步骤五:根据半周寿命对应的应力与应变响应,构建焊缝循环应力应变Ramberg-Osgo方od程。

3.如权利要求1所述的一种基于总应变能量密度的焊缝疲劳寿命计算方法,其特征在于所述的步骤二中,多载荷步法计算循环载荷作用下焊缝结构应力应变响应按如下方法进行:步骤一:通过壳单元模型模拟焊缝力学行为,焊缝焊趾处与母材共节点连接;

步骤二:模拟所用的焊缝弹性模量与半周寿命对应,循环强化系数和循环应变硬化指数由权利要求2中步骤五所述的Ramberg-Osgood方程而定;

步骤三:模拟焊缝循环载荷作用时,按照加载、卸载、再加载的方式模拟,利用商业软件ABAQUS中的多载荷步法进行数值计算,求解完成后输出模拟真实载荷作用下的应力与应变曲线;

4.如权利要求1所述的一种基于总应变能量密度的焊缝疲劳寿命计算方法,其特征在于所述的步骤三中,焊缝焊趾热点损伤和疲劳寿命计算如下:步骤一:根据权利要求2中的焊缝总应变能量密度与寿命函数方程建立方法,结合权利要求3中计算得到的应力与应变曲线,计算真实载荷作用下的总应变能量密度;

步骤二:结合权利要求2中的式(7)和计算得到的总应变能量密度,求解焊缝焊趾热点疲劳寿命,疲劳寿命的倒数即为损伤值。