[发明专利]基于强度场的结构静强度设计方法

权利要求书

1.一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，把机械结构和零部件的静强度作为场处理，把结构应力场和静强度场有机地匹配起来，包括以下步骤：

步骤1、确定拟进行静强度设计的结构在使用过程中可能出现的最危险的极限静载荷，在该极限静载荷下，计算出结构危险截面处的最高静应力及静应力梯度方向应力分布；

步骤2、根据最高静应力及其梯度方向分布确定结构的理想静强度场分布，进行机械结构和零部件的理想静强度分布设计，结构危险截面上的任一点的静强度分布要求为任一点的强度不过剩且满足强度需求按照应力-强度干涉理论，机械结构和零部件危险截面任一点的理想强度设计为该点的应力乘以安全系数；

步骤3、以危险截面的理想静强度分布为目标，匹配结构的材料和热处理，由材料和热处理决定的实际静强度分布尽可能与理想静强度分布一致；

步骤4、把结构的最高静应力及静应力梯度分布、理想静强度和实际静强度强度分布表示在同一坐标系下，应用全场应力-强度干涉模型对危险截面静强度的设计进行全场定量评价，评价时计算任一点的实际静强度与该点的极限静应力之比以及该点的实际静强度与理想静强度之比，比值越大，该点的强度过剩越大，最优的结构静强度设计是危险截面的实际静强度分布与理想静强度分布在表面相交或在内部相切，当在表面相交时，定量评价次表面和芯部强度；当在内部相切时，定量评价表面和芯部强度。

2.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤1中，应用材料力学或有限元方法计算出所述结构危险截面处的最高静应力及静应力梯度方向应力分布。

3.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤1中，在简单载荷下，所述最高静应力及所述静应力梯度方向应力分布即为结构危险截面处的表面最高应力和该处应力沿深度的分布。

4.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤2中，理想强度场与最高静应力及静应力梯度方向分布成比例放大。

5.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤2中，结构危险截面上的理想静强度分布不存在强度过剩，强度利用率达到最大。

6.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：

利用硬度和强度转换关系、材料端淬最低和最高硬度分布曲线，匹配和调整材料和热处理，在避免表面、次表面、芯部不出现大范围静强度过剩的前提下，使所设计的实际静强度分布与理想静强度分布在表面相交或在内部相切。

7.如权利要求1所述的一种基于强度场的结构静强度设计方法，其特征在于，步骤4中，如果次表面和芯部强度过剩太大，通过减少热处理硬化层深度或采用空心结构进行优化；如果表面和芯部强度过剩太大，采用含碳量更低的材料或空心结构。