[發明專利]用于鑄鋼節點內有明顯缺陷的鑄鋼節點疲勞壽命估算方法

無效

• 申請號: 201110340622.5
• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102507895A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 靳慧;莫建華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明提供一種土木工程結構中鑄鋼節點的疲勞壽命估算方法，也可用于其它領域中近似材料鑄鋼聯結點的壽命估算。針對帶明顯缺陷情況下的鑄鋼節點，對其疲勞壽命進行估算。對于節點中有明顯缺陷的，則將節點內鑄造缺陷等效為裂紋，根據斷裂力學方法估算裂紋擴展壽命。?

背景技術

鑄鋼件是通過鋼鐵高溫融化成鐵水，澆注到提前做好的模具中，冷卻后脫模而成，鑄鋼節點是鑄鋼件的一種表現形式，主要應用于土木工程領域中鋼結構的聯接點。鑄鋼節點采用鑄造工藝澆注生產，由于工藝過程的復雜性，將不可避免地出現疏松、夾渣、氣泡等鑄造缺陷，在疲勞荷載作用下，這些初始鑄造缺陷對鑄鋼節點的承載能力有著顯著的影響。現有的無損檢測手段可方便的對節點進行無損探傷，定點定量給出節點內的缺陷分布及尺寸，本發明按照探傷結果將鑄鋼節點分為帶明顯缺陷和不帶明顯缺陷兩種情況，對其疲勞壽命進行估算。?

對于存在明顯缺陷的鑄鋼節點，此時使用材料的S-N(初步疲勞應力幅壽命)曲線進行構件疲勞壽命估算已不適用，必須采用其它理論，將缺陷的影響考慮進去。斷裂力學理論對材料內部裂紋擴展進行了很好闡述及充分的理論證明，將其應用于帶初始缺陷鑄鋼節點的疲勞壽命估算是切實可行的。本發明綜合運用斷裂力學方法，將鑄鋼節點中的各類缺陷等效為裂紋，通過計算擬合形狀因子，根據材料斷裂韌度和缺陷所在處節點的厚度確定最終裂紋尺寸，最后計算疲勞裂紋擴展壽命，確定鑄鋼節點的疲勞壽命。?

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種用于鑄鋼節點內有明顯缺陷的鑄鋼節點的疲勞壽命估算方法，由于鑄鋼節點由鑄造工藝鑄造而成，生產過程中難免會產生各種各樣的鑄造缺陷，因此本發明針對節點中有明顯缺陷的，則根據斷裂力學方法進行壽命估算。?

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提出了一種用于鑄鋼節點內有明顯缺陷的鑄鋼節點的疲勞壽命估算方法，該方法包括如下步驟：?

步驟1：確定鑄鋼節點初始裂紋尺寸a₀：?

如果鑄鋼節點內的缺陷被無損檢測設備檢測出，且該缺陷是單獨的，鑄鋼內缺陷的等效裂紋的初始尺寸a₀與鑄鋼中單獨的缺陷的尺寸一樣；?

如果缺陷被無損檢測設備檢測出，且是密集的，鑄鋼內缺陷的等效裂紋的初始尺寸a₀?應與鑄鋼節點內密集的缺陷分布區域大小一樣；?

步驟2：確定鑄鋼節點模型的初始裂紋的形狀因子f：?

建立多個帶初始裂紋的鑄鋼節點模型，每個模型中的裂紋長度不同；通過有限元數值方法得到每個初始裂紋長度a下的應力強度因子K，K的表達式為?

K=f(at)σπa]]>公式9?

式中：K為應力強度因子；a為初始裂紋長度；t是裂紋所在處，鑄鋼節點的厚度；σ為應力；f為形狀因子，是關于a的函數；?

由公式9得到初始裂紋長度為a的模型中的形狀因子f，根據不同初始裂紋長度下的f值，擬合出形狀因子f關于a的表達式f(a)；進而可以得到應力強度因子范圍ΔK的表達式：?

ΔK(a)=f·Δσ·π·a]]>

其中Δσ為第一主應力最大值的范圍；?

步驟3：確定鑄鋼節點模型的最終裂紋尺寸a_f：?

最終裂紋尺寸a_f根據材料的斷裂韌度計算：?