[發明專利]基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法

在審

• 申請號: 202110621309.2
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113435081A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 聶春戈;謝素明;兆文忠;張濤
• 申請（專利權）人: 國家高速列車青島技術創新中心
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

1.一種基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將step或iges格式的整體結構幾何文件導入有限元軟件中，利用軟件的前處理功能對結構幾何劃分有限元網格；

S2、按照結構應力方法的要求指定單元和節點，將所關心焊縫的最小截面定義為薄弱截面；

S3、定義結構有限元網格的單元類型和材料參數，并施加符合結構受力狀態的約束條件，從而獲得完整的有限元計算模型；

S4、獲得最不利載荷，作為模型求解時施加的結構載荷；

S5、利用有限元軟件對模型求解以后，提取每一個主要承載焊縫薄弱截面上的節點力，利用結構應力方法，計算薄弱截面上的三個方向結構應力；

S6、提取三個方向結構應力的膜應力分量，分別作為Eurocode3標準中的三個焊縫應力來計算合成應力；

S7、按照Eurocode3標準的規定，根據焊接接頭所連接母材種類和極限強度值，計算每一條關心焊縫的許用應力；

S8、將計算得到的每一個薄弱截面的合成應力與相應的焊縫許用應力進行對比，從而判斷焊縫強度是否滿足要求；若不滿足要求，則重新進行接頭設計，并重復步驟S1～S8。

2.根據權利要求1所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S1中，有限元軟件為ANSYS、Patran/Nastran、Abaqus或Hypermesh。

3.根據權利要求1所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S1中，在劃分有限元網格時使用實體單元，并注意非熔透焊縫附近網格節點的連接關系，以準確模擬接頭位置的傳力特征。

4.根據權利要求1所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S4中，最不利載荷從結構設計時編制的計算大綱或相關行業標準中規定的結構載荷中選擇。

5.根據權利要求1所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S5中，計算薄弱截面上的三個方向結構應力的方法具體步驟如下：

S51、提取每一個主要承載焊縫薄弱截面上有限元結果的單元節點力；

S52、沿截面長度方向將每一列節點的節點力分別等效轉化為截面中線上的節點力F_i與節點彎矩M_i；

S53、基于平衡-等效原理，將節點力F_i與節點彎矩M_i沿焊縫長度方向轉化為線力f_i和線彎矩m_i；

S54、計算截面各節點處的法向結構應力，以及兩個方向的剪切結構應力。

6.根據權利要求5所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S54中，截面各節點處的法向結構應力的計算求解滿足如下公式：

式中，σ為法向結構應力，包含膜應力和彎曲應力兩個分量；t為板厚；σ_m為法向膜應力；σ_b為法向彎曲應力，f_x為x方向線力，m_z為z方向線彎矩。

7.根據權利要求5所述的基于結構應力和Eurocode3標準的非熔透焊縫靜力強度評估方法，其特征在于，所述步驟S54中，兩個方向的剪切結構應力的計算求解滿足如下公式：

式中，τ_L為面內剪切結構應力，包含膜應力和彎曲應力兩個分量；t為板厚；τ_Lm為縱向剪切膜應力，τ_Lb為縱向剪切彎曲應力，f_z為z方向線力，m_x為x方方向線彎矩；

τ_T為厚度方向剪切結構應力，只能計算膜應力分量；τ_Tm為橫向剪切膜應力，f_y為y方向線力。