[發(fā)明專利]含錯(cuò)位高強(qiáng)低匹配承載十字焊接接頭疲勞定量分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211257837.5
• 申請(qǐng)日: 2022-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115455792A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋威;滿錚;徐杰;石端虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 徐州工程學(xué)院;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/04
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛(ài)芳

1.一種含錯(cuò)位承載型十字焊接接頭疲勞性能定量分析方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

步驟一：確定十字焊接接頭疲勞壽命和包括錯(cuò)位程度的承載接頭局部幾何形狀參數(shù)：所述參數(shù)用于有限元解析模型的建立和解析模型的定量分析；所述參數(shù)包括承載接頭高周疲勞壽命N，以及焊接接頭的幾何參數(shù)主板厚度T、副板厚度t、接頭焊接大小h、熔覆率p、位移錯(cuò)位大小e、角錯(cuò)位大小a，

步驟二：通過(guò)有限元分析方法確定各參數(shù)模型下潛在失效區(qū)域的平均應(yīng)變能密度

基于十字焊接接頭試樣特征建立二維有限元疲勞特征值解析模型，極坐標(biāo)系下線彈性均質(zhì)模型某點(diǎn)的應(yīng)變能由下式確定：

式中，E表示彈性模量；v表示泊松比；σ_i和τ_i表示該點(diǎn)方向上正應(yīng)力和切應(yīng)力大小。在焊根和焊趾等潛在失效區(qū)域的缺口尖端位置建立半徑為R的扇形區(qū)域或半徑為R的三維扇形圓柱體，其平均應(yīng)變能式(2)，特征參數(shù)e_i的經(jīng)驗(yàn)公式為式(3)和(4)；

e₁＝-5.373·10^-6(2α)²+6.151·10^-4(2α)+0.1330 (3)

e₂＝4.809·10^-6(2α)²-2.346·10^-4(2α)+0.3400 (4)

式中，是不同類型拉伸型和張開(kāi)型缺口應(yīng)力應(yīng)力強(qiáng)度因子，e_i是關(guān)于泊松比和張開(kāi)角的相關(guān)參數(shù)，λ是缺口張開(kāi)角特征參數(shù)，建立承載型十字焊接接頭二維有限元模型，分別計(jì)算不同幾何形狀參數(shù)模型下焊根和焊趾處平均應(yīng)變能

步驟三：基于理想疲勞解析模型引入平均應(yīng)變能修正參數(shù)k_m量化分析不同程度錯(cuò)位的影響：根據(jù)缺口力學(xué)方法，通過(guò)引用無(wú)量綱參數(shù)k_i，缺口應(yīng)力強(qiáng)度因子簡(jiǎn)化為下式：

式中，Δσ_n為名義應(yīng)力范圍，結(jié)合式(2)和式(5)，平均應(yīng)變能表示為：

通過(guò)代換w_i＝e_i·k_i和引入修正參數(shù)w_i,k·w_k，考慮不同類型錯(cuò)位的平均應(yīng)變能由式(6)和(7)表示：

w_i＝{A_i+B_i·e^a·(h/t)+C_i·e^{b·(h/t)+c·(p/t)}}·w_i,k·w_m (7)

式中，w_i,k和w_k為考慮局部細(xì)節(jié)的修正系數(shù)，其中w_i,k和錯(cuò)位程度相關(guān)，w_k和其它局部幾何參數(shù)相關(guān)；

步驟四：疲勞特征參量解析模型誤差分析及矯正：基于缺口應(yīng)力強(qiáng)度因子分析結(jié)果，所述解析模型平均應(yīng)變能的準(zhǔn)確性為：

其中和分別為應(yīng)力強(qiáng)度因子的解析解及有限元計(jì)算結(jié)果，相應(yīng)的，基于有限元平均應(yīng)變能分析結(jié)果，所述解析模型平均應(yīng)變能的準(zhǔn)確性：

式中，和分別為平均應(yīng)變能的解析解及有限元計(jì)算結(jié)果。；

步驟五：基于解析模型的失效轉(zhuǎn)變區(qū)域預(yù)測(cè)和疲勞壽命分析，通過(guò)解析模型的量化計(jì)算分析，考慮不同承載狀態(tài)和局部幾何特征確定焊根和焊趾處平均應(yīng)變能數(shù)值，結(jié)合平均應(yīng)變能結(jié)果變化規(guī)律判斷十字接接頭中潛在的疲勞失效位置，根據(jù)疲勞試驗(yàn)獲取試樣疲勞壽命N，建立平均應(yīng)變能和材料疲勞壽命之間存在的曲線關(guān)系方程，同工況承載接頭疲勞壽命可以通過(guò)下式進(jìn)行估算：

式中，m和A為材料疲勞性能相關(guān)參數(shù)，N和為疲勞壽命。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錯(cuò)位承載型十字焊接接頭疲勞性能定量分析方法，其特征在于所述的承載十字接頭主板坡口角度為60°，坡口間隙為2mm，載荷條件為單向拉伸且副板不受邊界條件約束的高周疲勞的分析。