[發明專利]一種基于耗散能考慮殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法

有效

• 申請號: 201811210910.7
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN111062152B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 米承繼;肖學文;李文泰;余江鴻;湯迎紅;邱顯焱;張勇
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重;馮振寧

1.一種基于耗散能考慮殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法，其特征在于所述的方法包括如下步驟：

步驟一：結合焊接熱力學理論和雙橢球體熱源模型和焊縫材料熱物理參數，建立焊縫殘余應力數值模擬方法，得到焊縫有效殘余應力，焊縫有效殘余應力σ_r按式(1)進行計算：

σ_r＝k_tk_wk_lk_mσ_max (1)

式(1)中，k_t為焊縫殘余應力厚度系數，k_w為焊縫殘余應力寬度系數，k_l為焊縫殘余應力長度系數，k_m為焊縫殘余應力材料系數，k_t、k_w、k_l、k_m均在0.9至1之間；σ_max為焊縫試件殘余應力分布中最大值；

步驟二：通過開展高頻載荷作用下焊縫紅外熱像超高周疲勞試驗，記錄焊縫疲勞損傷演化過程中的溫度變化特性，獲取焊縫耗散能超高周疲勞壽命模型；

步驟三：將焊縫有效殘余應力作為平均應力，根據Gerber方法修正應力幅值；

步驟四：構建修正后焊縫耗散能超高周疲勞壽命模型，進行焊縫疲勞壽命預測，修正后焊縫耗散能超高周疲勞壽命模型按照式(2)進行計算：

式(2)為修正后焊縫超高周疲勞壽命,E_d為累積耗散能，β為塑性功轉化系數，π為圓周率，ε'_f為焊縫疲勞延性系數，c為焊縫疲勞延性指數，為焊縫修正后應力幅值，根據式(2)進行焊縫壽命預測。

2.如權利要求1所述的一種基于耗散能考慮殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法，其特征在于所述的步驟一中，焊縫殘余應力數值模擬方法按如下步驟建立：

步驟一：建立焊縫試件有限元網格模型，根據焊縫材料熱物理參數定義焊縫試件有限元網格模型材料參數；

步驟二：利用FORTRAN語言編寫所述雙橢球體熱源模型、焊縫試件焊接軌跡以及加熱過程時間和冷卻過程時間，形成移動加載熱源；

步驟三：基于順序耦合熱力學分析方法進行焊縫試件有限元計算，得到焊縫試件殘余應力分布，確定焊縫有效殘余應力σ_r。

3.如權利要求1所述的一種基于耗散能考慮殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法，其特征在于所述的步驟二中，高頻載荷的加載頻率f_V為20000Hz。

4.如權利要求1所述的一種基于耗散能考慮殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法，其特征在于所述的步驟二中，所述焊縫紅外熱像超高周疲勞試驗根據焊縫材料屈服強度σ_y，開展應力比R＝-1條件下的應力幅值σ_a分別為0.7σ_y、0.68σ_y、0.66σ_y、0.64σ_y、0.62σ_y、0.6σ_y、0.58σ_y、0.56σ_y、0.54σ_y、0.52σ_y、0.5σ_y下的焊縫紅外熱像疲勞試驗，所有疲勞試驗均在一根焊縫試件上完成，從0.5σ_y開始依次往上遞增，每一個應力幅值σ_a加載20萬次，加載頻率為20000Hz,獲取每一個應力幅值σ_a下焊縫紅外熱像超高周疲勞試驗穩定階段的溫升θ_ASV。