[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

本發明公開了一種基于耗散能考慮焊接殘余應力的焊縫超高周壽命預測方法，屬于焊縫壽命預測領域。目的是為了解決高頻載荷作用下考慮焊接殘余應力變化特性而提高焊縫耗散能超高周疲勞壽命預測模型精度的問題。其原理是通過開展焊接接頭試件殘余應力數值模擬，得到焊縫有效殘余應力，進行高頻載荷作用下焊縫紅外熱像超高周疲勞試驗，獲取焊縫耗散能超高周疲勞壽命模型；再將焊縫有效殘余應力作為平均應力，利用Gerber方法修正應力幅值，建立修正后應力幅值數學表達式，從而構建修正后耗散能超高周疲勞壽命模型進行焊縫壽命預測。該方法能夠考慮焊接殘余應力對疲勞損傷能量耗散行為的影響，提高預測模型的計算精度，且效率高。

技術領域

本發明涉及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，屬于焊縫疲勞壽命預測領域。

背景技術

焊接是機械結構常用連接方式，但是焊接過程中由于材料存在溫度梯度而冷熱不均勻，不可避免地產生殘余應力。焊縫超高周疲勞試驗的加載頻率通常在100Hz以上，超聲振動疲勞試驗加載頻率更是高達20000Hz，而這種高頻激勵會在疲勞試驗過程中釋放焊縫殘余應力，從而造成焊縫超高周疲勞試驗殘余應力狀態與實際物理狀態不相符，影響到焊縫超高周疲勞壽命模型的計算精度。

隨著機械結構服役條件的提高，諸如航空航天、海洋平臺等裝備要求關鍵零件具有超高周疲勞特性，科研學者逐漸關注機械結構的超高周疲勞問題。四川大學的李久楷發明了一種汽輪機轉子超高周疲勞強度與疲勞壽命評估方法(公開號：106202630A)，根據轉子構件的超高周疲勞S-N曲線獲得轉子構件服役期對應的疲勞強度，進而得到轉子構件帶負荷穩定運行的等效單向對稱應力幅，確定轉子構件的許用安全系數而進行轉子構件超高周疲勞強度校核，計算轉子構件安全疲勞壽命和超高周疲勞壽命損耗。佛山科學技術學院的聶寶華發明了一種基于損傷力學的高強金屬材料變幅超高周疲勞壽命預測方法(公開號：108627406A)，基于超高周疲勞試驗結果和損傷力學模型，提供一套高強金屬材料變幅超高周疲勞壽命預測方法；采用超聲疲勞試驗快速獲取高強金屬材料超高周疲勞性能，試驗頻率為20kHz，完成10^9周次僅需要13.9小時；基于非線性損傷力學理論，引入變幅應力水平的損傷因子，建立材料變幅超高周疲勞壽命預測模型，定量預測變幅載荷下的超高周疲勞壽命。然而上述研究均沒有涉及焊接殘余應力對超高周疲勞損傷演化的影響。中國航空工業集團公司北京航空材料研究院的顧玉麗發明了一種模擬高溫合金超高周疲勞損傷的方法(公開號：105067791A)，利用中子衍射方法測試高溫合金漏斗形試樣表面和亞表面殘余應力絕對差值，得到循環周次與殘余應力絕對差值的關系曲線；利用納米壓痕儀測試材料內部枝晶干與枝晶間的彈性模量絕對差值，得到循環周次與彈性模量絕對差值的關系曲線；利用電子背散射衍射分析材料的晶體變形情況，得到循環周次與小角度亞晶界的晶體變形的關系曲線。然而，該方法并沒有建立考慮焊接殘余應力的超高周疲勞壽命預測數學模型。因此，如何精確表征焊接殘余應力對材料或結構超高周疲勞行為的影響，還有待進一步研究。

發明內容

為解決現有焊縫超高周疲勞壽命預測方法所存在的計算精度和效率偏低等問題，克服背景技術所述缺陷，本發明提供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，本發明方法包括以下步驟：

(1)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)