[发明专利]一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法

权利要求书

1.一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：利用有限元软件对待测定焊接结构进行加载情况下的模拟，并且在焊趾部位进行局部网格细化；

步骤2)：定义平均热点应力是以焊趾热点应力区域的平均应力作为等效热点应力；

步骤3)：提取从焊趾到距焊趾40mm内有限元各节点的热点应力张量σ：

其中，σ_x，σ_y，σ_z分别为第一、二、三主应力；τ_xy，τ_xz，τ_yz分别为xy、xz、yz平面的剪切应力；

步骤4)：对公式(1)中的六种应力分量分别拟合热点应力曲线，本发明以σ_x为例，得到与距离x相关的应力函数σ(x)，并采用公式(2)计算热点应力区域内σ_x的等效热点应力σ_eq,x：

其中引入了应力场强法中权函数的概念，认为公式(2)中权函数代表着距离焊趾的距离不同，应力对疲劳破坏产生的权重应该不同；

其中，L为热点应力区域长度；σ_max为峰值应力；

步骤5)：将公式(1)中的应力分量分别利用步骤4)计算，即可得到等效热点应力张量σ_eq：

其中，σ_eq,x，σ_eq,y，σ_eq,z分别为等效第一、二、三主应力；τ_eq,xy，τ_eq,xz，τ_eq,yz分别为xy、xz、yz平面的等效剪切应力；

步骤6)：本发明中基于临界面法的多轴疲劳失效寿命模型是以最大剪应力幅所在平面为临界面，利用该平面上的疲劳损伤参量：剪应力幅C_a，法向应力幅N_a，最大法向应力N_max来构造一个非线性组合形式的多轴疲劳准则，其中是利用SWT公式对平均应力的修正：

材料参数λ可以在单轴扭转疲劳极限t_-1加载情况下求出，系数k可通过单轴拉伸疲劳极限f_-1加载条件下求出：

其中σ_σ为材料的屈服强度；

步骤7)：需考虑焊接结构的应力集中效应，引入修正系数K，k_σ,k_τ对应分别为焊接结构的法向和剪切应力集中系数；

综上推出一种基于临界面适用于焊接结构的多轴疲劳破坏准则：

步骤8)：使用本发明进行多轴疲劳失效寿命预测则必须先确定最大剪应力幅所在平面，利用公式(4)得到的等效热点应力张量σ_eq计算每个空间平面经历一个加载循环后的剪应力幅值及相应的正应力幅值，然后比较所有平面，确定最大剪应力幅所在平面；计算疲劳临界损伤平面上的剪应力幅值C_a与疲劳临界面上的法向正应力幅值N_a，利用公式(9)计算等效应力幅τ_eq：

步骤9)：利用本发明实例在纯扭下的试验数据，拟合应力－寿命公式(10)，得到τ′_f、b；并将公式(9)得到的τ_eq代入到拟合得到的寿命公式(10)中，便可计算出焊接接头的多轴疲劳失效寿命N_f；

τ_eq＝τ′_f(N_f)^b (10)

其中τ′_f是纯扭加载下的疲劳强度系数，b是纯扭加载下的疲劳强度指数，都是通过拟合得到。

2.按照权利要求1所述的一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法，其特征在于，步骤(1)中的加载包括纯拉伸、纯扭转、多轴比例加载、多轴非比例加载，其中非比例加载相位差取为90°。

3.按照权利要求1所述的一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法，其特征在于，步骤4)拟合热点应力曲线所采用的形式为：

σ(x)＝px^q (11)

其中，p、q为拟合系数。