[发明专利]一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法

权利要求书

1.一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：以常见的十字形双轴拉伸疲劳试验件为基础，在臂上开缝；

步骤2：在十字形双轴拉伸疲劳试验件的中心试验区内设计一条与十字臂轴线呈45度的斜焊缝；

步骤3：以十字臂上开缝宽度w、开缝根部距中心试验区边缘距离D以及相邻开缝中心线距离比F(F＝l:b:c)为优化变量，通过改变这3个参数设计不同类型的试验件；

步骤4：通过有限元的方法对所述不同类型的试验件进行有限元模拟，观察中心试验区内斜焊缝处的应力水平及应力分布的变化，并以焊缝长度方向为基准建立局部极坐标系，提取焊缝上各节点的σ_ρ，σ_eq参量；

步骤5：针对中心试验区的斜焊缝上的应力水平及应力分布进行评估，得到评估指标C；

步骤6：根据所述评估指标C确定带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，在步骤2之前还包括将中心试验区的十字中心面上、下面厚度均匀减薄。

3.根据权利要求1所述的一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，所述步骤3中设计试验件时需要满足的设计原则为：设计原则1：中心试验区斜焊缝上的应力水平应相对较均匀；设计原则2：斜焊缝处的各方向的应力值与名义应力值差值较小；设计原则3：斜焊缝处的应力水平高于试验件其他部位。

4.根据权利要求3所述的一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，所述步骤4中极坐标系为以中心试验区焊缝中心为原点，焊缝长度方向为ρ轴，在中心试验区中心平面上与ρ轴正交的方向为轴，中心试验区厚度方向为z轴建立的极坐标系。

5.根据权利要求4所述的一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，所述步骤5中的评估方法为基于改进的三维应力标准差数学判据模型，利用所述模型计算评估指标C，其主要包括：

1)根据所述极坐标系，中心试验区可视为以原点为中心，具有一定特征长度2p的矩形面，焊缝长度为2a，设试验区厚度为常量2t，为满足设计原则1，则需要满足的评估参数I_i为：

其中，i＝1、2、3、4，分别对应于σ_ρ，及σ_eq；s_i(p)表示的是各应力分量σ_ρ，及σ_eq的标准差s，表示的是各应力分量σ_ρ，及σ_eq的均值，如i＝4时对应于即为Mises等效σ_eq的均值，对于斜焊缝试验件和s_i(p)分别由下式计算：

2)为了满足设计原则2，需要通过计算三个应力分量的名义应力与中心试验区各应力分量的偏差大小给出评估参数J_j的计算公式：

其中，j＝1、2、3，分别对应于σ_ρ，

3)为了满足设计原则3，给出评估参数K的计算公式：

其中，P为惩罚因子，当(σ_eq)_max出现在a/2以内时，P＝0；当(σ_eq)_max出现在a/2与a之间时，P＝20；当(σ_eq)_max出现在a以外时，P＝100；(σ_eq)_max为最高Mises应力；

4)得到最终的评估指标C：

6.根据权利要求1至5任一所述的一种带斜焊缝的双轴拉伸疲劳试验件优化设计方法，其特征在于，所述步骤6中确定双轴拉伸疲劳试验件优化设计方案的方法为计算各试验件的评估指标C，根据C值越小越优的原则确定优化设计方案。