[發明專利]用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法

有效

• 申請號: 202111335845.2
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114186448B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 蔣文春;解學方;鈕瑞艷;劉斌;董志龍;李鑫;趙旭;翟向楠
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 劉文霞

1.一種用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取轉鼓式壓濾機的進料過濾區、洗滌區、干燥區及卸料區的實際運行工況，作為有限元模型加載的疲勞載荷數據，建立壓濾機轉鼓整體不考慮焊縫細節的三維二次連續單元簡化模型，所述壓濾機轉鼓整體模型為回轉體，其包括若干個相同的十字型焊接接頭；

S2：采用瞬態分析法分析轉鼓式壓濾機的進料過濾區、洗滌區、干燥區和卸料區的動態工藝過程，將進料過濾區、洗滌區、干燥區及卸料區的實際運行工況的疲勞載荷數據作為靜載荷加載到步驟S1所建立的模型的相應區域，生成網格并提交計算，得到模型整體的應力分布，并找出最大應力和最小應力位置，其對應的兩種工況即為轉鼓式壓濾機的疲勞工況；

S3：將得到的最大應力和最小應力位置處的十字型焊接接頭建立局部三維二次連續單元模型，并將整體模型計算得到的有限元結果作為邊界條件作用到局部十字型焊接接頭模型上，分別在局部模型上施加步驟S2所得到的最大應力及最小應力位置對應的疲勞工況載荷，并提交計算，得到兩種疲勞工況下的局部十字型焊接接頭的應力分析結果；

S4：根據S3得到的兩種疲勞工況下的局部十字型焊接接頭的應力分析結果，采用基于結構應力的疲勞評估方法預測疲勞壽命。

2.根據權利要求1所述的一種用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S2中瞬態分析法具體為：

S21：在有限元軟件中將步驟S1建立的整體模型平均切分為4個連續的區域一、二、三、四，每個區域包含結構及數量完全相同的十字型焊接接頭，所述區域一、二、三、四分別對應進料過濾區、洗滌區、干燥區及卸料區；以轉鼓整體模型區域一中的第一個十字型焊接接頭作為參照，記為接頭Ⅰ，區域二、三、四的第一個十字型焊接接頭分別記為接頭Ⅱ、接頭Ⅲ及接頭Ⅳ；

S22：采用瞬態分析，當轉鼓處于靜止狀態時，接頭Ⅱ、接頭Ⅲ及接頭Ⅳ相當于接頭Ⅰ旋轉至區域二、區域三及區域四時對應的狀態，即轉鼓整體模型上每一個十字型焊接接頭表示接頭Ⅰ在不同時刻的狀態，以此代替接頭Ⅰ旋轉一周經歷的動態過程，將進料過濾區、洗滌區、干燥區及卸料區的實際運行工況的載荷數據作為靜載荷加載到步驟S1所建立的模型的相應區域，即可得到一個旋轉周期內壓濾機轉鼓瞬態的應力分布。

3.根據權利要求1所述的一種用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括如下步驟：

S41：根據S3得到的兩種疲勞工況下的局部十字型焊接接頭的應力分析結果，分別在兩種疲勞工況下的局部十字型焊接接頭的焊趾位置提取焊趾沿厚度方向截面上所有節點的節點力和節點力矩，并將所述節點力和節點力矩轉化為線力和線力矩，然后根據公式和計算焊趾位置處所有節點的膜應力和彎曲應力，其中，式中，σ_m為膜應力，F為線力，σ_b為彎曲應力，M為線力矩，t為厚度；

S42：根據步驟S41的膜應力和彎曲應力計算結果，分別取兩種疲勞工況下的最大膜應力及彎曲應力，將所獲得的兩個最大膜應力作差得到膜應力范圍Δσ_m，將所獲得的兩個最大彎曲應力作差得到彎曲應力范圍Δσ_b；

S43：計算結構應力范圍Δσ_s

Δσ_s＝Δσ_m+Δσ_b；

S44：計算等效結構應力范圍ΔS

其中，式中m_s＝3.6，t為實際板厚，I為載荷彎曲比的無量綱函數；

S45：計算疲勞壽命N

其中，式中C、h為焊接接頭疲勞系數。

4.根據權利要求3所述的一種用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S44中I的計算公式為：

其中，式中R為載荷比。

5.根據權利要求1所述的一種用于轉鼓式壓濾機的十字型焊接接頭疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S3中所建立的十字型焊接接頭局部三維二次連續單元模型取壓濾機轉鼓中任一個十字型焊接接頭。