[发明专利]用于铸钢节点内有明显缺陷的铸钢节点疲劳寿命估算方法

摘要

本发明涉及一种用于铸钢节点内有明显缺陷的铸钢节点的疲劳寿命估算方法，该方法包括如下步骤：步骤1：确定铸钢节点初始裂纹尺寸a0：步骤2：确定铸钢节点模型的初始裂纹的形状因子f；步骤3：确定铸钢节点模型的最终裂纹尺寸af ：步骤4：得到铸钢节点模型的疲劳裂纹扩展寿命N：步骤5：铸钢节点的疲劳寿命确定。本发明提供一种带缺陷按铸钢节点的疲劳寿命估算方法，为工程中的精确计算提供了依据，可大大推动铸钢节点的应用，改善结构的外观和受力。

主权项

一种用于铸钢节点内有明显缺陷的铸钢节点的疲劳寿命估算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：确定铸钢节点初始裂纹尺寸a0：如果铸钢节点内的缺陷被无损检测设备检测出，且该缺陷是单独的，铸钢内缺陷的等效裂纹的初始尺寸a0与铸钢中单独的缺陷的尺寸一样；如果缺陷被无损检测设备检测出，且是密集的，铸钢内缺陷的等效裂纹的初始尺寸a0应与铸钢节点内密集的缺陷分布区域大小一样；步骤2：确定铸钢节点模型的初始裂纹的形状因子f：建立多个带初始裂纹的铸钢节点模型，每个模型中的裂纹长度不同；通过有限元数值方法得到每个初始裂纹长度a下的应力强度因子K，K的表达式为 K = f ( a t ) σ πa 公式9式中：K为应力强度因子；a为初始裂纹长度；t是裂纹所在处，铸钢节点的厚度；σ为应力；f为形状因子，是关于a的函数；由公式9得到初始裂纹长度为a的模型中的形状因子f，根据不同初始裂纹长度下的f值，拟合出形状因子f关于a的表达式f(a)；进而可以得到应力强度因子范围ΔK的表达式： ΔK ( a ) = f · Δσ · π · a 其中Δσ为第一主应力最大值的范围；步骤3：确定铸钢节点模型的最终裂纹尺寸af ：最终裂纹尺寸af根据材料的断裂韧度计算： a c = 1 π ( K Ic fσ ) 2 公式10式中：ac为临界裂纹尺寸；KIc为铸钢材料断裂韧度；f为形状因子，σ为应力；取0.9t为容许出现的最大裂纹长度，t为裂纹处节点壁厚，则比较临界裂纹尺寸ac与容许出现的最大裂纹长度0.9t的大小，取较小值为最终裂纹长度af；初始裂纹越来越长，达到最终裂纹的长度时，铸钢节点就断裂了；步骤4：得到铸钢节点模型的疲劳裂纹扩展寿命N：由以上步骤确定和计算三个变量a0、af及ΔK，疲劳裂纹扩展寿命N为： N = ∫ a 0 a f da C ( ΔK ) m = ∫ a 0 a f da C ( fΔσ πa ) m 公式11式中C、m分别是铸钢材料常数；最终裂纹长度af，σ为应力，铸钢内缺陷的等效裂纹的初始尺寸a0，f为形状因子，应力强度因子范围ΔK；步骤5：铸钢节点的疲劳寿命确定：将第4步得出的疲劳裂纹扩展寿命N除以安全系数n即为铸钢节点的疲劳寿命估算值，安全系数根据铸钢节点的重要程度，根据相关规范选取。