[發(fā)明專利]一種基于焊接微區(qū)性能的焊接接頭低周疲勞性能評價方法

有效

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• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112846601B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建勛;徐甄真;朱波
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種基于焊接微區(qū)性能的焊接接頭低周疲勞性能評價方法，對棒狀試樣標(biāo)距段建立有限元模型，將有限元模型劃分不同微區(qū)，并賦予各微區(qū)彈性性能和塑性性能，再對有限元模型施加位移載荷，計算不同名義應(yīng)變下標(biāo)距段的局部應(yīng)變分布，根據(jù)局部應(yīng)變分布計算不同名義應(yīng)變下的塑性區(qū)局部應(yīng)變，通過賦予各微區(qū)彈塑性力學(xué)性能的彈塑性有限元計算得到的塑性區(qū)局部應(yīng)變，評估焊接接頭低周疲勞性能。采用塑性區(qū)局部應(yīng)變代替名義應(yīng)變進行焊接接頭的低周疲勞性能評價后，在10²～10⁵周次的低周疲勞壽命范圍內(nèi)，同一應(yīng)變水平下焊接接頭試樣測得的低周疲勞壽命與焊縫試樣測得的低周疲勞壽命的最大差異從5.1倍縮小至1.3倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械工程的焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于焊接微區(qū)性能的焊接接頭低周疲勞性能評價方法。

背景技術(shù)

焊接結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于大型裝備、壓力容器、鐵道交通、航海航天和石油化工等領(lǐng)域，其工作環(huán)境中持續(xù)動載荷工況較為常見。目前焊接接頭的低周疲勞性能評價方法通常是視焊接接頭為均勻材料，以引伸計測得的名義應(yīng)變作為焊接接頭低周疲勞試驗的控制參數(shù)和低周疲勞性能的評價參數(shù)。該方法未考慮焊接接頭微區(qū)性能不均勻性。而焊接接頭微區(qū)如焊縫、熱影響區(qū)和母材的材料性能是不同的，而且具有非線性和梯度分布特征。通常在低周疲勞試驗過程中，焊接接頭微區(qū)性能不均勻性導(dǎo)致局部應(yīng)變集中，與均勻材料不同。因此，采用均勻材料的試驗數(shù)據(jù)處理方法評價焊接接頭的低周疲勞性能將存在較大的誤差，不能反映焊接接頭微區(qū)性能不均勻性以及非線性和梯度特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對采用名義應(yīng)變不能準(zhǔn)確評價焊接接頭低周疲勞性能的問題，提供了一種基于焊接微區(qū)性能的焊接接頭低周疲勞性能評價方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于焊接微區(qū)性能的焊接接頭低周疲勞性能評價方法，對棒狀試樣標(biāo)距段建立有限元模型，將有限元模型劃分不同微區(qū)，并賦予各微區(qū)彈性性能和塑性性能，再對有限元模型施加位移載荷，計算不同名義應(yīng)變下標(biāo)距段的局部應(yīng)變分布，根據(jù)局部應(yīng)變分布計算不同名義應(yīng)變下的塑性區(qū)局部應(yīng)變，通過賦予各微區(qū)彈塑性力學(xué)性能的彈塑性有限元計算得到的塑性區(qū)局部應(yīng)變，評估焊接接頭低周疲勞性能。

本發(fā)明進一步的改進在于，對焊接接頭進行金相分析，得到焊接接頭的宏觀形貌，根據(jù)宏觀形貌分析微區(qū)數(shù)量和微區(qū)尺寸，將有限元模型劃分不同微區(qū)。

本發(fā)明進一步的改進在于，彈性性能通過以下過程得到：將熱影響區(qū)的彈性模量和泊松比設(shè)置為與母材相同，得到微區(qū)材料屬性中的彈性性能。

本發(fā)明進一步的改進在于，塑性性能通過以下過程得到：根據(jù)母材與焊縫的強度與硬度值的線性關(guān)系計算各個熱影響區(qū)的強度；再根據(jù)各個熱影響區(qū)的強度和硬度計算接頭各個微區(qū)的應(yīng)變硬化指數(shù)，得到微區(qū)材料屬性中的塑性性能。

本發(fā)明進一步的改進在于，平均硬度值通過以下過程得到：通過顯微硬度試驗，得到焊接接頭各個微區(qū)的平均硬度值。

本發(fā)明進一步的改進在于，接頭各個微區(qū)的應(yīng)變硬化指數(shù)通過下式計算：

式中：n為應(yīng)變硬化指數(shù)；σ_y為屈服強度；Hv為顯微硬度；E為彈性模量。

本發(fā)明進一步的改進在于，疲勞壽命通過以下過程得到：將焊接接頭的熱影響區(qū)中間位置放置于棒狀試樣標(biāo)距段中間位置，使得標(biāo)距段內(nèi)母材和焊縫的體積相同，將引伸計測得的名義應(yīng)變作為低周疲勞試驗的控制參量，得到不同名義應(yīng)變水平下焊接接頭的疲勞壽命。