[发明专利]基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法

说明书

本发明公开了基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，利用对接接头试件在PLG‑200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，疲劳试验过程中对接接头的温升测量，建立对接接头累积疲劳损伤熵模型，基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立，获取两线性拟合函数之间的交点，利用升降法对焊接接头进行预测得到疲劳极限试验值；将疲劳极限预测值与疲劳极限试验值进行比较，得到误差值。本发明建立累积疲劳损伤熵熵产速率和疲劳极限二者之间的函数关系，并找到累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，以期实现从疲劳损伤熵熵产速率角度快速预测疲劳极限。

技术领域

本发明涉及模型构建技术领域，特别涉及基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法。

背景技术

疲劳断裂是结构失效的主要形式，工程上很多灾难性的事故都是因结构疲劳失效所引起。焊接结构的疲劳问题因其焊缝处的几何不连续性而存在着一定的特殊性。

传统的基于S-N曲线的焊接疲劳评估方法有名义应力法、热点应力法和结构应力法等，名义应力法是最早使用的一种评估方法，此后，热点应力法的出现解决了名义应力法无法考虑到的焊趾处的应力集中问题，但是由于有限元软件对网格敏感的问题，关于焊趾处的峰值应力计算结果也是因人而异。美国华人科学家董平沙教授发明了一种网格不敏感的结构应力法，彻底解决了结构应力对网格敏感的问题，这为焊接结构的疲劳研究提供了一个新思路，开创了一种新方法。

近年来，从不可逆熵的角度研究焊接结构的疲劳问题也日渐增多。根据热力学第二定律定义，孤立系统的混乱度总是趋向于增加，即朝着熵最大的方向发展。焊接疲劳是一个典型的从有序朝着无序发展的过程，其中涉及微观原子间的位错和滑移以及宏观上的裂纹萌生、扩展以至断裂，这个过程中必然存在着不可逆熵增。因此，从理论上来说，是可以从累积疲劳损伤熵的角度去评估焊接疲劳问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，本发明基于不同载荷水平下的试件疲劳过程中的累积疲劳损伤是一个定值这一依据，建立累积疲劳损伤熵熵产速率和疲劳极限二者之间的函数关系，并找到累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，以期实现从疲劳损伤熵熵产速率角度快速预测疲劳极限，可以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，包括如下步骤：

S1：利用对接接头试件在PLG-200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，指定寿命2×10⁶次；

S2：疲劳试验过程中对接接头的温升测量：在对接接头表面均匀地喷上一层黑色哑光漆，以提高其表面发射率，在对焊接接头进行疲劳试验的过程中，采用Fluke Ti450红外热像仪实时监测焊缝表面局部热点温度；

S3：温升数据处理：借助于Smartview软件对温度数据进行输出和处理，基于Origin软件绘制不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次的曲线图，建立不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次T-N的函数关系；

S4：建立对接接头累积疲劳损伤熵模型：综合已获得的不同载荷水平下T-N函数关系、比热容和材料密度等材料参数建立累积损伤对接接头疲劳疲劳损伤熵数学模型，并计算不同载荷水平下试件断裂时的累积疲劳损伤熵，验证不同载荷水平下的试件其累积疲劳损伤熵是一个定值；

S5：基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立：依据不同载荷水平下对接接头累积疲劳损伤熵是一个定值这一事实，得到不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵熵产速率；