[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

说明书

技术领域

本发明提供一种土木工程结构中铸钢节点的疲劳寿命估算方法，也可用于其它领域中近似材料铸钢联结点的寿命估算。针对带明显缺陷情况下的铸钢节点，对其疲劳寿命进行估算。对于节点中有明显缺陷的，则将节点内铸造缺陷等效为裂纹，根据断裂力学方法估算裂纹扩展寿命。 

背景技术

铸钢件是通过钢铁高温融化成铁水，浇注到提前做好的模具中，冷却后脱模而成，铸钢节点是铸钢件的一种表现形式，主要应用于土木工程领域中钢结构的联接点。铸钢节点采用铸造工艺浇注生产，由于工艺过程的复杂性，将不可避免地出现疏松、夹渣、气泡等铸造缺陷，在疲劳荷载作用下，这些初始铸造缺陷对铸钢节点的承载能力有着显著的影响。现有的无损检测手段可方便的对节点进行无损探伤，定点定量给出节点内的缺陷分布及尺寸，本发明按照探伤结果将铸钢节点分为带明显缺陷和不带明显缺陷两种情况，对其疲劳寿命进行估算。 

对于存在明显缺陷的铸钢节点，此时使用材料的S-N(初步疲劳应力幅寿命)曲线进行构件疲劳寿命估算已不适用，必须采用其它理论，将缺陷的影响考虑进去。断裂力学理论对材料内部裂纹扩展进行了很好阐述及充分的理论证明，将其应用于带初始缺陷铸钢节点的疲劳寿命估算是切实可行的。本发明综合运用断裂力学方法，将铸钢节点中的各类缺陷等效为裂纹，通过计算拟合形状因子，根据材料断裂韧度和缺陷所在处节点的厚度确定最终裂纹尺寸，最后计算疲劳裂纹扩展寿命，确定铸钢节点的疲劳寿命。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供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，由于铸钢节点由铸造工艺铸造而成，生产过程中难免会产生各种各样的铸造缺陷，因此本发明针对节点中有明显缺陷的，则根据断裂力学方法进行寿命估算。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了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： 

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：