[發明專利]一種等厚縮比疲勞試驗模型設計方法

有效

• 申請號: 202011170567.5
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112199779B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 黨之凡;耿黎明;雷加靜;何其健
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;王杰

本發明涉及一種等厚縮比疲勞試驗模型設計方法，在選取結構典型高應力節點后，對結構進行等厚縮比設計：步驟1、根據有限元分析結果，選取結構的典型高應力節點作為疲勞試驗節點；步驟2、根據選取的節點橫剖面寬B和高H，考慮加載裝置最大加載剖面尺寸S1×S2，利用下式確定模型橫剖面縮尺比：其中表示向上取整，取a1、a2中的大值作為模型橫剖面縮尺比1:ai，i＝1，2；并保持節點肋距不變；步驟3、疲勞模型各部位殼板厚度按結構真實殼板厚度進行選取，其節點的焊接工藝采用與真實結構相同的焊縫形式和成型尺寸。本發明方法既能相對真實的反映實際結構節點最大應力處的復合應力狀態，又能體現出其疲勞破壞機制。

技術領域

本發明屬于海洋裝備耐壓結構工程疲勞試驗模型設計領域，具體涉及一種等厚縮比疲勞試驗模型設計方法。

背景技術

隨著高強材料在船舶工程中的應用越來越廣泛，其高應力狀態對結構的疲勞影響不容忽視。疲勞問題是冶金因素與力學因素對結構綜合作用的結果，具體到結構工程中，主要體現在焊接與受力兩個方面。從焊接角度出發，焊縫初始缺陷的尺度、焊接接頭的金相組織和焊接熱影響區的尺寸范圍都將對結構節點的疲勞特性產生影響，而決定上述影響因素的，是殼板厚度、焊縫形式和尺寸、以及焊接方法。從受力角度出發，結構節點最大應力點處的局部復合高應力狀態是其疲勞性能的控制因素。

目前對于結構節點疲勞壽命研究主要采用試驗方法，試驗模型分為實尺度模型與縮比模型兩種。實尺度模型具有真實反映結構力學性能的優點，但其造價高、工期長以及空間、尺寸受到加載裝置限制等缺點也限制了實尺度模型的應用。因此，滿足結構相似理論的縮比模型得到廣泛的應用。

疲勞試驗模型設計最關鍵因素在于真實反映結構典型節點疲勞本質及內在機理，實現對焊接和受力因素的準確模擬。由于必須反映實際殼板厚度、焊接影響以及節點最大應力點處復合應力狀態，若采用對結構板厚縮尺的縮比模型試驗對其進行研究，往往無法真實模擬冶金因素與力學因素對結構的綜合作用，因此對板厚進行縮比的完全幾何縮比模型將不再適用。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有對板厚進行縮比的完全幾何縮比模型無法真實反映試驗過程中節點斷面疲勞特性的問題，提供一種等厚縮比疲勞試驗模型設計方法，該方法設計的試驗模型能實現對焊接和受力因素的準確模擬，以解決上述問題。

本發明為解決上述提出的技術問題所采用的技術方案為：

一種等厚縮比疲勞試驗模型設計方法，在選取結構典型高應力節點后，對結構進行等厚縮比設計，具體包括以下步驟：

步驟1、根據有限元分析結果，選取結構的典型高應力節點作為疲勞試驗節點；

步驟2、根據選取的節點橫剖面寬B和高H，考慮加載裝置最大加載剖面尺寸S1×S2，利用下式確定模型橫剖面縮尺比：其中S1表示最大加載剖面寬度，S2表示最大加載剖面高度，表示向上取整，取a1、a2中的大值作為模型橫剖面縮尺比1:ai，i＝1，2；并保持節點肋距不變；

步驟3、疲勞模型各部位殼板厚度按結構真實殼板厚度進行選取，其節點的焊接工藝采用與真實結構相同的焊縫形式和成型尺寸。

上述方法中，該方法中保持模型節點的肋骨尺寸不變。

上述方法中，該方法中保持模型節點的長度不變。

上述方法中，該方法應用于海洋裝備耐壓結構的疲勞試驗模型設計，疲勞試驗節點為船舶艙段結構。

本發明的有益效果在于：

本發明提供了一種調整縮比模型相關尺寸參數的等厚縮比疲勞試驗模型設計方法，保持疲勞模型各部位殼板厚度與真實殼板厚度相同，節點的焊接工藝與真實結構的焊縫形式和成型尺寸相同，既能相對真實的反映實際結構節點最大應力處的復合應力狀態，又能體現出其疲勞破壞機制。本發明方法尤其適用于海洋裝備耐壓結構工程疲勞試驗模型設計。

附圖說明