[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

本發明公開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，包括獲取轉鼓式壓濾機的實際運行工況，建立壓濾機轉鼓整體模型；采用瞬態分析法分析轉鼓式壓濾機的動態運行過程，將實際運行工況的載荷數據作為靜態載荷施加到轉鼓整體模型的相應區域，得到整體模型的應力分布，找出最大應力和最小應力位置，其對應的兩種工況即為最危險疲勞工況；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，并加載兩種最危險疲勞工況載荷，根據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。本發明通過整體?局部分析法與瞬態分析法結合，提高了復雜結構的建模效率。

技術領域

本發明涉及焊接疲勞技術領域，具體涉及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。

背景技術

精對苯二甲酸，被稱為聚酯纖維的“龍頭”，廣泛應用在紡織業、包裝業、醫藥業和工業中，國內需求量正在穩步提升。而轉鼓式壓濾機是生產精對苯二甲酸的重要裝備，通過內部轉鼓的旋轉運動，兼具過濾、洗滌和干燥三位功能于一體，直接決定了產品的質量。但旋轉過程中，由于過濾、洗滌和干燥三種工藝的工作壓力不同，壓濾機承受了顯著的疲勞載荷；同時，由于結構復雜，壓濾機制造過程中不可避免地產生較多十字型焊接接頭，在幾何不連續、殘余應力和組織非均勻的影響下，十字型焊接接頭疲勞斷裂成為威脅壓濾機結構完整性的重要因素。目前，壓濾機的安全可靠性分析存在三大難點：一是轉鼓式壓濾機服役過程中，長期處于旋轉動態工況，循環經歷過濾、洗滌和干燥三種工藝，開展動力學有限元數值計算，難度大，分析時間冗長，且不易收斂；二是壓濾機最薄弱位置即十字型焊接接頭不僅數量繁多，且幾何尺寸遠遠小于壓濾機整體尺寸，即十字型焊接接頭與壓濾機處于不同的尺度，在有限元建模和網格劃分過程中，難以兼顧十字型焊接接頭與整個壓濾機結構；三是十字型焊接接頭位置由于焊趾或未焊透等幾何不連續因素，存在明顯的應力集中，有限元計算結果對網格依賴性較大，難以得到可靠的應力場分布，導致疲勞壽命預測準確性低，對其抗疲勞設計造成阻礙。因此，開展轉鼓式壓濾機旋轉工況下焊接接頭疲勞壽命預測方法研究對其安全運行具有重要意義。

目前，對于轉鼓式壓濾機的疲勞分析建模研究較少，沒有簡便的分析方法，類似轉鼓的結構旋轉工況疲勞研究，多采用動力學分析。但采用動力學分析方法對轉鼓式壓濾機進行分析，對有限元模型的要求高、建模復雜，同時，復雜結構有限元建模的網格劃分困難，且計算費時，不易收斂。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了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，采用瞬態分析法將壓濾機轉鼓動態變化的載荷集中到同一模型中，施加靜態載荷，得到一個旋轉周期內的壓濾機轉鼓瞬態的應力分布，可直觀地確定疲勞應力分布情況，同時結合子模型技術，進一步提高復雜結構的建模效率，同時提高有限元計算的速度和準確性。

為實現上述目的，本發明具體采用如下技術方案：

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，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所建立的整體模型的相應區域，生成網格并提交計算，得到壓濾機轉鼓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；