[发明专利]一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法

权利要求书

1.一种构件表面裂纹打磨后应力集中系数的计算方法，其特征是，该方法中，构件裂纹打磨后通过大量有限元数据分析，借助有限元技术和经典Inglis公式，又考虑缺口应力集中程度受缺口深度和宽度的耦合作用影响，采用了修正Inglis公式，分别推导出了针对大厚度和小厚度的构件表面缺口应力集中系数计算方法；方法的具体步骤如下：

步骤1确定构件裂纹打磨后表面缺口形貌；

为尽量降低裂纹打磨后应力集中程度，将表面缺口的横向和纵向均设计为近半椭圆形；以普遍的实际表面裂纹长度为依据，将打磨缺口长度设置为L；缺口深度为d，范围为d_a,d_a+1,.....d_a+m,mm；缺口宽度为w，范围为w_b,w_b+1,......w_b+n,mm；针对不同构件的厚度，分成两种情况：大厚度和小厚度构件；大厚度是指构件厚度对应力集中无影响，小厚度是指构件厚度对应力集中有影响；板件厚度在t_c,t_c+1,......t_c+emm变化，以间隔至少1mm递增；

以上述缺口尺寸和几何形貌为基础划分有限元网格，分别进行有限元分析计算，得到不同厚度下不同深度和宽度耦合作用的表面缺口应力集中系数数据；

步骤2推导构件大厚度下表面缺口应力集中系数公式；

对于板件含有半椭圆形中心孔，应力集中系数由经典的Inglis公式表示：

其中，K_t为应力集中系数；d为表面缺口深度；ρ为表面缺口的曲率半径；ρ由椭圆形长轴顶点的最大曲率半径计算：

其中，w为表面缺口的宽度，公式(2)定量表征缺口深度和宽度的耦合关系；

用经典公式(1)计算应力集中系数，由于裂纹打磨后的表面缺口与半椭圆形中心孔存在较大差别，采用Inglis公式评估表面缺口的应力集中系数具有局限性；通过与有限元结果对比预测误差过大，因此，要对公式(1)进行预测评估修正；

通过对大厚度下应力集中系数的有限元数据的对比分析，表面缺口应力集中系数公式由修正的Inglis公式确定：

步骤3考虑有厚度影响的小厚度构件表面缺口应力集中系数，基于有限元数据和公式(3)，由下式确定：