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专利号: 2018112109107
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的方法包括如下步骤:步骤一:结合焊接热力学理论和双椭球体热源模型和焊缝材料热物理参数,建立焊缝残余应力数值模拟方法,得到焊缝有效残余应力;

步骤二:通过开展高频载荷作用下焊缝红外热像超高周疲劳试验,记录焊缝疲劳损伤演化过程中的温度变化特性,获取焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型;

步骤三:将焊缝有效残余应力作为平均应力,根据Gerber方法修正应力幅值;

步骤四:构建修正后焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型,进行焊缝疲劳寿命预测。

2.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤一中,焊缝残余应力数值模拟方法按如下步骤建立:步骤一:建立焊缝试件有限元网格模型,根据焊缝材料热物理参数定义焊缝试件有限元网格模型材料参数;

步骤二:利用FORTRAN语言编写所述双椭球体热源模型、焊缝试件焊接轨迹以及加热过程时间和冷却过程时间,形成移动加载热源;

步骤三:基于顺序耦合热力学分析方法进行焊缝试件有限元计算,得到焊缝试件残余应力分布,确定焊缝有效残余应力σr。

3.如权利要求2所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于:所述有效残余应力σr按式(1)进行计算:σr=ktkwklkmσmax  (1)

式(1)中,kt为焊缝残余应力厚度系数,kt为焊缝残余应力宽度系数,kl为焊缝残余应力长度系数,km为焊缝残余应力材料系数,kt、kt、kl、km均在0.9至1之间;σmax为焊缝试件残余应力分布中最大值。

4.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤二中,高频载荷的加载频率fV为20000Hz。

5.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤二中,所述焊缝红外热像超高周疲劳试验根据焊缝材料屈服强度σy,开展应力比R=-1条件下的应力幅值σa分别为0.7σy、0.68σy、0.66σy、0.64σy、0.62σy、0.6σy、

0.58σy、0.56σy、0.54σy、0.52σy、0.5σy下的焊缝红外热像疲劳试验,所有疲劳试验均在一根焊缝试件上完成,从0.5σy开始依次往上递增,每一个应力幅值σa加载20万次,加载频率为

20000Hz,获取每一个应力幅值σa下焊缝红外热像超高周疲劳试验稳定阶段的温升θASV 。

6.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤二中,焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型按如下步骤建立:步骤一:根据每一个应力幅值σa以及相应的焊缝红外热像超高周疲劳试验稳定阶段的温升θASV,焊缝红外热像超高周疲劳试验稳定阶段的温升θASV与超高周微塑性应变幅值εa和应力幅值σa按照式(2)进行计算;

式(2)中,为焊缝红外热像超高周疲劳第一阶段耗散能,且有Ed=θASVNfΙρC/fVτV,而ρ为焊缝材料密度,C为焊缝材料比热容,τV为焊缝红外热像超高周疲劳试验材料与环境发生热对流和热辐射有关的时间常数,NfΙ为焊缝红外热像超高周疲劳试验稳定阶段的温升θASV所对应的循环次数,β为塑性功转化系数,π为圆周率;

步骤二:超高周微塑性应变幅值εa与焊缝超高周疲劳寿命NfV按照式(3)进行计算;

εa=ε'f(2NfV)c  (3)

式(3)中,ε'f为焊缝疲劳延性系数,c为焊缝疲劳延性指数;

步骤三:焊缝超高周疲劳寿命NfV按照式(4)进行计算:

7.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤三中,应力幅值修正按照式(5)进行计算:式(5)中 为焊缝修正后应力幅值,σb为焊缝抗拉强度。

8.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法,其特征在于所述的步骤四中,焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型修正按照式(6)进行计算:式(6) 为修正后焊缝超高周疲劳寿命,根据式(6)进行焊缝寿命预测。