[发明专利]复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术

说明书

本发明提供一种复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术，包括如下步骤：步骤一、利用三维几何建模软件，预先将焊接接头部分的几何进行切割，并导出；步骤二、利用有限元工具软件，划分有限元网格，并将步骤一中切割的焊接接头部分几何形状对应定义为子结构；步骤三、施加位移约束条件，获得完整的有限元计算模型；步骤四、从施加的结构疲劳载荷中选择最大值，作为求解载荷；步骤五、求解以后，提取每一个子结构中每一个被切割面的节点力，计算切割面的合力；步骤六、利用线性比例关系，得到每一个结构疲劳载荷对应的焊接接头疲劳载荷；步骤七、存入数据库，待以后调用；步骤八、对每一个焊接接头独立进行抗疲劳设计。

技术领域

本发明涉及焊接结构疲劳评估领域，具体而言，尤其涉及一种复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术。

背景技术

焊接接头的抗疲劳设计是焊接结构抗疲劳设计的基础，为此，世界上著名的焊接结构设计标准，如BS7608:2015，针对焊接接头的抗疲劳设计，用试验手段提供了一批S-N曲线数据，根据表格中焊接接头的疲劳等级，可以在标准中找到对应的S-N曲线数据。在标准中，仅给出了焊接接头的几何形状、疲劳载荷的作用方向，然而却没有给出疲劳载荷值。而用户在进行焊接接头抗疲劳设计时，已知的是结构上的疲劳载荷，因此，为了计算疲劳寿命，用户只能基于由焊接接头组成的结构有限元模型计算应力，然后评估接头的抗疲劳能力，如果接头抗疲劳能力不能满足设计要求，只能通过更改整个结构，再创建一个新的结构有限元模型重新计算应力，由于工程结构非常复杂，因此，这种基于结构响应评估焊接接头抗疲劳能力的效率非常低下。

为了克服上述困难，将结构上的疲劳载荷快速传递为接头上的疲劳载荷，使得焊接接头的抗疲劳设计可以独立执行，本发明提出了基于有限元子结构技术的复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术，该项技术克服了国外标准的局限性，具有广泛的工程应用价值。

发明内容

根据上述提出在焊接结构设计标准中，仅给出了焊接接头的几何形状、疲劳载荷的作用方向，然而却没有给出疲劳载荷值的技术问题，而提供一种复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术。本发明主要利用将结构上的疲劳载荷快速传递为接头上的疲劳载荷，从而使得焊接接头的抗疲劳设计可以独立执行。

本发明采用的技术手段如下：

一种复杂焊接结构疲劳载荷与焊接接头疲劳载荷之间的快速传递技术，包括如下步骤：

步骤一、利用三维几何建模软件中的面或体的剪裁功能，预先将焊接结构几何模型中焊接接头部分的几何进行裁剪切割，将切割后的几何文件导出；

步骤二、将步骤一中导出的几何文件导入有限元工具软件中，利用软件的前处理功能对结构几何划分有限元网格，并将步骤一中切割的焊接接头部分几何形状对应定义为有限元模型中的子结构；

步骤三、在有限元工具软件中将结构有限元网格定义单元类型和材料参数，并施加位移约束条件，获得完整的有限元计算模型；

步骤四、从计算大纲或标准中规定的焊接结构疲劳载荷中选择最大值，作为模型求解时施加的结构载荷；从焊接结构疲劳载荷中选择最大值，作为求解载荷；

步骤五、利用有限元工具软件对有限元模型求解以后，在软件中提取每一个子结构中每一个被切割面的节点力，并根据平衡等效原则计算切割面的合力，所述合力为焊接接头抗疲劳设计需要的一个焊接接头疲劳载荷；

步骤六、利用焊接结构力学行为的线性比例关系，得到每一个结构疲劳载荷对应的焊接接头疲劳载荷；

步骤七、存入焊接接头疲劳载荷数据库，待以后调用；

步骤八、根据步骤六中获得的焊接接头疲劳载荷对每一个焊接接头独立进行抗疲劳设计。