[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

权利要求书

1.一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(at)σπa]]>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a_f ：

最终裂纹尺寸a_f根据材料的断裂韧度计算：

ac=1π(KIcfσ)2]]>公式10

式中：a_c为临界裂纹尺寸；K_Ic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a_c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a_f；

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、a_f及ΔK，疲劳裂纹扩展寿命N为：

N=∫a0afdaC(ΔK)m=∫a0afdaC(fΔσπa)m]]>公式11

式中C、m分别是铸钢材料常数；最终裂纹长度a_f，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。

2.根据权利要求1所述的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：步骤1中所述缺陷是气孔，或者是夹杂。