[發明專利]一種基于內聚力模型的鋼結構腐蝕疲勞損傷計算方法

有效

• 申請號: 201710941903.3
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107832492B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 徐博瀚;李紫益;顧碩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于鋼結構腐蝕疲勞損傷分析技術領域，提供了一種基于內聚力模型的鋼結構腐蝕疲勞損傷計算方法，步驟如下：定義一種內聚力單元模型；基于點蝕理論和蒙特卡洛方法處理腐蝕缺陷形成和擴展問題；利用本申請所定義的內聚力模型對擬研究結構進行時程分析；對擬研究結構模型網格進行動態更新；利用實時雨流計數法對實時應力進行處理，并計算等效應力幅和累積損傷量。通過本發明所述計算方法，可以分析腐蝕疲勞裂紋擴展過程，從而顯著提高鋼結構腐蝕疲勞損傷計算精度。

技術領域

本發明屬于鋼結構腐蝕疲勞損傷分析技術領域，涉及一種利用有限元分析 鋼結構腐蝕疲勞損傷的計算方法。

背景技術

腐蝕疲勞是鋼結構在服役過程中不可避免出現的問題。工程中為簡化計算， 通常采用Minner線性累積損傷準則來計算鋼結構累積損傷：

其中，D表示累積損傷量；D_i表示第i種常幅應力循環造成的損傷，n_i表示 第i種常幅應力循環出現的次數，N_i表示該應力幅(S_i)對應的疲勞壽命。

應力幅值(S_i)可以通過經典雨流計數法得到。雨流計數法首先由M. Matsuishi和T.Endo提出。將應力-時間歷程順時針旋轉90°，縱坐標表示時間， 橫坐標表示應力，此時應力-時間歷程和雨點從寶塔頂向下流動的情況相似。其 計數規則如下：

(1)以最高峰值或最低谷值(取絕對值較大者)為起點，重新安排應力-時間 歷程。

(2)雨流依次從每個峰(谷)的內側向下流，在下一個谷(峰)處落下，直 到對面有一個更低的谷值(或更高的峰值)停止。

(3)當雨流遇到來自上面屋頂流下的雨流時，即行停止。

(4)取出所有的全循環，并記錄下各自的應力幅值(S_i)和均值。

應力幅(S_i)所對應的疲勞壽命(N_i)可以從試驗數據回歸得出的應力幅- 應力循環次數關系中得到。

由于受試驗設備和試驗環境的影響，試驗鋼結構構件尺寸受限，因此，該 方法無法預測任意尺寸鋼結構構件的腐蝕疲勞壽命。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種計算任意幾何尺寸鋼結構構件腐蝕 疲勞損傷的方法。該方法在考慮腐蝕、疲勞發生機理的基礎上，分析鋼結構構 件的腐蝕疲勞裂紋擴展過程，計算結構累積損傷，并估算其剩余疲勞壽命。

本發明的技術方案：

一種基于內聚力模型的鋼結構腐蝕疲勞損傷計算方法，步驟如下：

(1)內聚力模型：內聚力單元模型如圖2所示，內聚力單元節點對張開量以 上下界面的位移變化||u||表示：||u||＝||u⁺-u^-||，其中u^±表示變形后上下界面的 位移；X_i(i＝1,2,...,n)表示三維空間的笛卡爾坐標，表示變形后對應點 的位置，表示變形后中面Γ_d上對應點的位置；則有：

在中面Γ_d上一點P建立局部坐標系，以v_n,v_s,v_t表示局部坐標系在總體坐標 系中的方向余弦，構成正交旋轉張量Θ_mi＝[v_n v_s v_t]，則單元節點在總體坐標系下 的位移變化向量：

Δ_m＝Θ_mi||u|| (3)