[發(fā)明專利]基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的非熔透焊縫靜力強(qiáng)度評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110621309.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN113435081A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聶春戈;謝素明;兆文忠;張濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家高速列車青島技術(shù)創(chuàng)新中心
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發(fā)明提供一種基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的非熔透焊縫靜力強(qiáng)度評(píng)估方法，包括如下步驟：S1、將整體結(jié)構(gòu)幾何文件導(dǎo)入有限元軟件中，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；S2、定義所關(guān)心的主要承載焊縫的薄弱截面；S3、獲得完整的有限元計(jì)算模型；S4、獲得最不利載荷，作為模型求解時(shí)施加的結(jié)構(gòu)載荷；S5、模型求解后，提取每一個(gè)主要承載焊縫薄弱截面上的節(jié)點(diǎn)力，計(jì)算薄弱截面上的三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力；S6、提取三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力的膜應(yīng)力分量，計(jì)算合成應(yīng)力；S7、計(jì)算每一條關(guān)心焊縫的許用應(yīng)力；S8、將計(jì)算得到的每一個(gè)薄弱截面的合成應(yīng)力與相應(yīng)的焊縫許用應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，從而判斷焊縫強(qiáng)度是否滿足要求；若不滿足要求，則重新進(jìn)行接頭設(shè)計(jì)，重復(fù)步驟S1～S8。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的非熔透焊縫靜力強(qiáng)度評(píng)估方法。

背景技術(shù)

復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)中的焊接接頭往往具有強(qiáng)度較低，應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜的特點(diǎn)。如果是熔透接頭，其強(qiáng)度一般能夠達(dá)到或接近母材。然而，常規(guī)工程結(jié)構(gòu)中還存在大量非熔透接頭，比如角焊縫接頭、單側(cè)對(duì)接接頭、厚板接頭等。如果焊縫連接尺寸不足，接頭極限承載能力會(huì)遠(yuǎn)低于母材，從而顯著影響整體結(jié)構(gòu)的安全性，應(yīng)當(dāng)在接頭設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估時(shí)予以重點(diǎn)關(guān)注。

針對(duì)非熔透接頭的強(qiáng)度評(píng)估，現(xiàn)有技術(shù)中有可以用于簡單接頭的計(jì)算公式，而工程中應(yīng)用更多的是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中提供的用于接頭尺寸設(shè)計(jì)的焊縫強(qiáng)度評(píng)估方法。其中典型的是Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)中的角焊縫強(qiáng)度評(píng)估公式。然而，實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中大量接頭的形狀及受力狀態(tài)非常復(fù)雜，很難準(zhǔn)確計(jì)算焊縫應(yīng)力，為該方法的工程應(yīng)用帶來極大困難，從而為結(jié)構(gòu)安全埋下隱患。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中大量接頭的形狀及受力狀態(tài)非常復(fù)雜，很難準(zhǔn)確計(jì)算焊縫應(yīng)力，為該方法的工程應(yīng)用帶來極大困難，從而為結(jié)構(gòu)安全埋下隱患的技術(shù)問題，而提供一種基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的非熔透焊縫靜力強(qiáng)度評(píng)估方法。本發(fā)明主要通過定義薄弱截面，結(jié)合有限元分析，提取每一個(gè)主要承載焊縫薄弱截面上的節(jié)點(diǎn)力，并利用結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法計(jì)算薄弱截面上的三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力，提取三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力的膜應(yīng)力分量，計(jì)算合成應(yīng)力，并將計(jì)算得到的每一個(gè)薄弱截面的合成應(yīng)力與相應(yīng)的焊縫許用應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，來判斷焊縫強(qiáng)度是否滿足要求，從而克服了Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的局限性，將焊縫截面上的應(yīng)力能夠精確計(jì)算出來，使得Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式可以用于復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)，具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力和Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的非熔透焊縫靜力強(qiáng)度評(píng)估方法，包括如下步驟：

S1、將step或iges等格式的整體結(jié)構(gòu)幾何文件導(dǎo)入有限元軟件中，利用軟件的前處理功能對(duì)結(jié)構(gòu)幾何劃分有限元網(wǎng)格；

S2、按照結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法的要求指定相關(guān)單元和節(jié)點(diǎn)，將所關(guān)心焊縫的最小截面定義為薄弱截面；

S3、定義結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格的單元類型和材料參數(shù)，并施加符合結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的約束條件，從而獲得完整的有限元計(jì)算模型；

S4、獲得最不利載荷，作為模型求解時(shí)施加的結(jié)構(gòu)載荷；

S5、利用有限元軟件對(duì)模型求解以后，提取每一個(gè)主要承載焊縫薄弱截面上的節(jié)點(diǎn)力，利用結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法，計(jì)算薄弱截面上的三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力；

S6、提取三個(gè)方向結(jié)構(gòu)應(yīng)力的膜應(yīng)力分量，分別作為Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)中的三個(gè)焊縫應(yīng)力來計(jì)算合成應(yīng)力；

S7、按照Eurocode3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，根據(jù)焊接接頭所連接母材種類和極限強(qiáng)度值，計(jì)算每一條關(guān)心焊縫的許用應(yīng)力；

S8、將計(jì)算得到的每一個(gè)薄弱截面的合成應(yīng)力與相應(yīng)的焊縫許用應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，從而判斷焊縫強(qiáng)度是否滿足要求；若不滿足要求，則重新進(jìn)行接頭設(shè)計(jì)，并重復(fù)步驟S1～S8。