[发明专利]虚拟贴片法计算焊接结构结构应力的方法

说明书

本发明公开了一种应用虚拟贴片计算焊接结构结构应力的方法，具有如下步骤：S100.根据给定的边界条件，创建有限元模型；在所述有限元模型中定义焊缝和焊趾；S200.确定焊趾附近的线性应力分布区域，在该区域设置虚拟应变片；S300.根据虚拟应变片在有限元单元中的位置，确定虚拟应变片位置的方向应力。由于采用了上述技术方案，本发明提供的虚拟贴片法计算焊接结构结构应力的方法，相对于现有技术中采用间接法计算结构应力适应性更高，不比事先与某个有限元节点力输出文件绑定；如果在创建有限元网格时，将有限元节点与贴片对应，算法效率将成倍提高。

技术领域

本发明涉及一种通过在焊接结构区域设置虚拟贴片的方法，计算焊接结构结构应力的方法。涉及专利分类号G01测量；测试G01L测量力、应力、转矩、功、机械功率、机械效率或流体压力G01L1/00力或应力的一般计量。

背景技术

在美国ASME(2007)标准中，计算疲劳寿命的公式里用到了结构应力这样一个参数，且在这个标准中结构应力是用以下方法获得的：

1.在结构的有限元模型中，提取节点力；

2.用节点力计算结构应力；

然后，再用结构应力计算焊缝上的疲劳寿命。

董平沙教授的专著《THE MASTER S-N CURVE METHOD AN IMPLEMENTATIONFORFATIGUE EVALUATION OF WELDED COMPONENTS IN THE ASME B&PV CODE,SECTION VIII,DIVISION 2AND API 579-1/ASME FFS-1》(2011年，美国)中，对网格不敏感计算结构应力的数值方法进行了详细讨论，结构应力定义的物理意义也在考虑平衡条件的基础上，用基本的材料力学理论进行了讨论，然后很自然地提出的问题就是，这样的结构应力是否可以用实验的手段进行测量。

图1和2所示，结构应力定义中的膜力和弯曲分量可以通过同时在上表面和下表面使用一系列应变片进行计算，

例如A-A截面处的结构应力，如果两排应变片(B-B和C-C)被置于焊趾附近为线性应力分布区域，则截面B-B和C-C处的弯曲应力可以基于上下表面的测量结果计算得到(1式)。

需要注意的是，如果截面B-B和C-C之间没有外荷载存在，则截面弯矩的变化可以表示为：

这里I表示Z方向单位长度的截面惯性矩。然后，焊缝(A-A)处的结构应力可以根据相应于B-B和C-C处的弯曲应力使用外推方法进行计算(2式)。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种应用虚拟贴片计算焊接结构结构应力的方法，具有如下步骤：

S100.根据给定的边界条件，创建焊接结构的有限元模型，在该模型中定义包括焊肉的有限元网格；

S200.确定焊趾附近的线性应力分布区域，在该区域设置虚拟应变片；

S300.根据虚拟应变片在有限元单元中的位置，通过插值的方法确定虚拟应变片位置的方向应力；对于两组虚拟应变片，接近焊趾区域的B截面位置和远离焊趾的C截面位置，将方向应力带入公式：

求得两组应变区域位置处的弯曲应力，σ_Top为应变片设置区域上表面的弯曲应力，σ_Bottom为应变片设置区域下表面的弯曲应力；将BC截面的弯曲应力带入公式(3)，得到结构应力σ_s；