[发明专利]一种基于耗散能预测任意应力比下焊缝疲劳寿命的方法

权利要求书

1.一种基于耗散能预测任意应力比下焊缝疲劳寿命的方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤一：根据焊缝材料屈服强度σ_s，确定焊缝红外热像疲劳试验应力比R_-1为-1条件下的应力幅值分别为0.8σ_s、0.75σ_s、0.7σ_s、0.65σ_s、0.6σ_s、0.55σ_s、0.5σ_s；开展应力比R_-1为-1条件下的应力幅值为0.85σ_s的焊缝红外热像疲劳试验直至焊缝发生疲劳失效而试验中止，得到焊缝疲劳损伤演化过程中的温度场，绘制温升θ与疲劳寿命N_f响应曲线；焊缝耗散能疲劳寿命模型按照下式计算：

式(1)中，N_f为焊缝疲劳寿命，f为加载频率，τ为焊缝材料与环境发生热对流和热辐射有关的时间常数，E_c为极限耗散能，ρ为焊缝材料密度，C为焊缝材料传热系数，θ_AS为焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升；开展应力比R_-1为-1条件下的应力幅值为0.8σ_s、0.75σ_s、0.7σ_s、0.65σ_s、0.6σ_s、0.55σ_s、0.5σ_s下的焊缝红外热像疲劳试验，所有疲劳试验均在一根焊缝试件上完成，从应力比R_-1为-1条件下的应力幅值为0.5σ_s开始依次往上递增，每一个应力比R_-1为-1条件下的应力幅值加载0.5万次，加载频率为5Hz，获取每一个应力比R_-1为-1条件下的应力幅值下焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS，并绘制焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS与应力比R_-1为-1条件下的应力幅值平方响应曲线；焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS与应力比R_-1为-1条件下的应力幅值存在如下关系：

式(2)中，K_T为焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS与应力比R_-1为-1条件下的应力幅值平方响应曲线的斜率，m为焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS与应力比R_-1为-1条件下的应力幅值平方响应曲线的截距，应力比R_-1为-1条件下的应力幅值满足如下条件：σ_c为焊缝产生耗散能的最小应力值；根据焊缝材料与环境发生热对流和热辐射有关的时间常数τ、焊缝材料密度ρ、焊缝材料传热系数C、极限耗散能E_c以及加载频率f和焊缝红外热像疲劳试验稳定阶段的温升θ_AS、应力比R_-1为-1条件下的应力幅值平方即可确定应力比R_-1为-1条件下焊缝疲劳寿命N_f以及焊缝疲劳寿命N_f与应力比R_-1为-1条件下的应力幅值的数学关系：

结合焊缝红外热像疲劳试验数据和式(3)，验证和修正焊缝耗散能疲劳寿命模型；

步骤二：通过开展任意应力比R下的焊缝红外热像疲劳试验，得到各任意应力比R下所对应焊缝稳定阶段的温升θ_AS；

步骤三：确定任意应力比R、任意应力比R下的应力幅值σ_a和任意应力比R下的平均应力σ_m，根据Goodman方法将任意应力比R下的应力幅值σ_a修正为应力比R_-1为-1条件下的应力幅值

步骤四：结合修正后应力比R_-1为-1条件下的应力幅值和焊缝耗散能疲劳寿命模型，计算任意应力比R下的焊缝疲劳寿命N_f。

2.如权利要求1所述的一种基于耗散能预测任意应力比下焊缝疲劳寿命的方法，其特征在于所述的步骤一中，所述温升θ是指时间间隔为0.01s时温度变化值。