[发明专利]基于结构应力和Eurocode3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法

说明书

本发明提供一种基于结构应力和Eurocode3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法，包括如下步骤：S1、将整体结构几何文件导入有限元软件中，进行有限元网格划分；S2、定义所关心的主要承载焊缝的薄弱截面；S3、获得完整的有限元计算模型；S4、获得最不利载荷，作为模型求解时施加的结构载荷；S5、模型求解后，提取每一个主要承载焊缝薄弱截面上的节点力，计算薄弱截面上的三个方向结构应力；S6、提取三个方向结构应力的膜应力分量，计算合成应力；S7、计算每一条关心焊缝的许用应力；S8、将计算得到的每一个薄弱截面的合成应力与相应的焊缝许用应力进行对比，从而判断焊缝强度是否满足要求；若不满足要求，则重新进行接头设计，重复步骤S1～S8。

技术领域

本发明涉及一种基于结构应力和Eurocode3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法。

背景技术

复杂工程结构中的焊接接头往往具有强度较低，应力状态复杂的特点。如果是熔透接头，其强度一般能够达到或接近母材。然而，常规工程结构中还存在大量非熔透接头，比如角焊缝接头、单侧对接接头、厚板接头等。如果焊缝连接尺寸不足，接头极限承载能力会远低于母材，从而显著影响整体结构的安全性，应当在接头设计和结构强度评估时予以重点关注。

针对非熔透接头的强度评估，现有技术中有可以用于简单接头的计算公式，而工程中应用更多的是钢结构设计标准中提供的用于接头尺寸设计的焊缝强度评估方法。其中典型的是Eurocode3标准中的角焊缝强度评估公式。然而，实际工程结构中大量接头的形状及受力状态非常复杂，很难准确计算焊缝应力，为该方法的工程应用带来极大困难，从而为结构安全埋下隐患。

发明内容

根据上述提出的实际工程结构中大量接头的形状及受力状态非常复杂，很难准确计算焊缝应力，为该方法的工程应用带来极大困难，从而为结构安全埋下隐患的技术问题，而提供一种基于结构应力和Eurocode3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法。本发明主要通过定义薄弱截面，结合有限元分析，提取每一个主要承载焊缝薄弱截面上的节点力，并利用结构应力方法计算薄弱截面上的三个方向结构应力，提取三个方向结构应力的膜应力分量，计算合成应力，并将计算得到的每一个薄弱截面的合成应力与相应的焊缝许用应力进行对比，来判断焊缝强度是否满足要求，从而克服了Eurocode3标准的局限性，将焊缝截面上的应力能够精确计算出来，使得Eurocode3标准的焊缝强度计算公式可以用于复杂工程结构，具有广泛的工程应用价值。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于结构应力和Eurocode3标准的非熔透焊缝静力强度评估方法，包括如下步骤：

S1、将step或iges等格式的整体结构几何文件导入有限元软件中，利用软件的前处理功能对结构几何划分有限元网格；

S2、按照结构应力方法的要求指定相关单元和节点，将所关心焊缝的最小截面定义为薄弱截面；

S3、定义结构有限元网格的单元类型和材料参数，并施加符合结构受力状态的约束条件，从而获得完整的有限元计算模型；

S4、获得最不利载荷，作为模型求解时施加的结构载荷；

S5、利用有限元软件对模型求解以后，提取每一个主要承载焊缝薄弱截面上的节点力，利用结构应力方法，计算薄弱截面上的三个方向结构应力；

S6、提取三个方向结构应力的膜应力分量，分别作为Eurocode3标准中的三个焊缝应力来计算合成应力；

S7、按照Eurocode3标准的规定，根据焊接接头所连接母材种类和极限强度值，计算每一条关心焊缝的许用应力；

S8、将计算得到的每一个薄弱截面的合成应力与相应的焊缝许用应力进行对比，从而判断焊缝强度是否满足要求；若不满足要求，则重新进行接头设计，并重复步骤S1～S8。