[發明專利]一種基于張量的多軸疲勞分析方法

在審

• 申請號: 202010790193.0
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111950101A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 黃鵬;楊坤;張懿;劉成龍;向俊龍;畢海濤;裴龍洋;張楊
• 申請（專利權）人: 中鐵軌道交通裝備有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

本發明涉及一種基于張量的多軸疲勞分析方法，該分析方法的步驟為：S1、建立基于張量的多軸疲勞分析的第一正交坐標系；S2、在第一正交坐標系內計算單一節點在各個工況下的應力及應力方向；S3、選取該節點在各個工況下的最大應力σ_max，基于該最大應力形成第二正交坐標系；S4、將其他工況下該節點的應力向步驟S2中的第二正交坐標系轉換，選取轉換至第二正交坐標系的最小應力σ_min；S5、根據公式：計算σ_m和σ_a，其中σ_m為平均應力，σ_a為應力幅；S6、評價結構的疲勞強度。采用張量來描述應力σ，應變ε，描述更為準確并貼合實際；在疲勞分析時，不存在主應力相互反向的取舍問題；能夠取得更加精確的疲勞評估數據，誤差小。

技術領域

本發明涉及應力的疲勞分析技術領域，尤其是涉及一種基于張量的多軸疲勞分析方法。

背景技術

疲勞壽命計算方法，包括名義應力法、熱點應力法和缺口應力法等。其中名義應力法，以主應力準則和Goodman曲線作為疲勞強度評定的主要依據，被廣泛運用在鐵路行業。

多軸應力轉換處理的方法，現有直接法：直接將多軸應力等效為單軸應力狀態；投影法：運用矢量的坐標轉換法，將應力向參考方向進行投影；等效應力法：將最大最小應力簡化為二維平面應力狀態，用等效平均應力和等效應力幅取代。其中，直接法沒有考慮主應力在各工況方向的不同；投影法只是一種近似的分析方法，不能解決主應力有兩個方向的問題，不適用于應力張量；等效應力法不是基于主應力準則，也是一種近似的分析方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種更加貼合實際且誤差較小的基于張量的多軸疲勞分析方法。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種基于張量的多軸疲勞分析方法，該分析方法的步驟為：

S1、建立基于張量的多軸疲勞分析的第一正交坐標系；

S2、在第一正交坐標系內計算單一節點在各個工況下的應力及應力方向；

S3、選取該節點在各個工況下的最大應力σ_max，基于該最大應力形成第二正交坐標系；

S4、將其他工況下該節點的應力向步驟S2中的第二正交坐標系轉換，選取轉換至第二正交坐標系的最小應力σ_min；

S5、根據公式：計算σ_m和σ_a，其中σ_m為平均應力，σ_a為應力幅；

S6、用Smith-Goodman曲線或Haigh-Goodman曲線評價結構的疲勞強度。

進一步具體的，根據應力二階張量的性質，由第一正交坐標系向第二正交坐標系轉換方式如下，

公式1：σ_j′k′＝α_j′jα_k′kσ_jk；

公式2：

其中：σ_jk為第一正交坐標系中的二階張量，σ_j′k′為轉換后在第二正交坐標系中的二階張量；α_j′j和α_k′k為第一正交坐標系與第二正交坐標系相應軸的夾角余弦值；σ₁、σ₂、σ₃為單一節點在單一工況下在第一正交坐標系內三個方向上的應力；j、k為第一正交坐標系下的x、y、z軸；j′和k′為第二正交坐標系下的x′、y′、z′軸；σ_j′k′＝α_j′jα_k′kσ_jk為轉換后第二正交坐標系的x′軸方向上的應力。