[发明专利]考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法

权利要求书

1.一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤一：将路面不平顺空间频率功率谱转化为路面不平顺时间频率功率谱；基于逆傅里叶变换法将路面不平顺时间频率功率谱转换为随机路面不平顺时域激励；根据结构传递函数编程求解车辆结构时域激励，再通过傅里叶变换获取车辆结构激励功率谱密度；

步骤二：结合热弹塑性理论和椭球体热源模型以及材料热物理参数，建立车辆结构有限元分析模型，模拟焊接过程，通过热力学有限元分析得到车辆结构焊接残余应力；

步骤三：定义车辆结构边界条件，施加车辆结构激励功率谱密度，开展车辆结构随机振动有限元分析，获取车辆结构应力功率谱；

步骤四：根据车辆结构应力功率谱求解应力幅值概率密度函数P(S)，依据焊缝S-N曲线计算车辆结构疲劳寿命N_f。

2.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤一中，所述路面包括公路路面、非公路路面以及轨道；所述路面不平顺空间频率功率谱包括路面不平顺时间频率位移功率谱G_q(n)、路面不平顺时间频率速度功率谱和路面不平顺时间频率加速度功率谱所述路面不平顺时间频率功率谱包括路面不平顺时间频率位移功率谱G_q(f)、路面不平顺时间频率速度功率谱和路面不平顺时间频率加速度功率谱

3.如权利要求2所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于：所述标准路面不平顺空间频率位移功率谱G_q(n)按照式(1)转化为所述路面不平顺时间频率位移功率谱G_q(f)：

式(1)中，G_q(f)为路面不平顺时间频率位移功率谱，G_q(n)为路面不平顺空间频率位移功率谱，n为空间频率，f为时间频率，u为车速，且有f＝un。

4.如权利要求2所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于：所述路面不平顺空间频率速度功率谱等于(2πf)²G_q(f)；所述路面不平顺空间频率加速度功率谱等于(2πf)⁴G_q(f)。

5.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤一中，所述时域路面不平顺激励按照如下步骤建立：

步骤一：路面不平顺时间频率功率谱的幅值按式(2)计算：

式(2)中，X(k)为功率谱的幅值，k＝0,1,...,N-1；

步骤二：由傅里叶变换可得X(k)等于φ_k为频谱相位角，且有相位服从均匀分布，通过伪随机数生成得到；

步骤三：将路面不平顺时间频率功率谱进行傅里叶逆变换即可得到随机路面不平顺时域激励：

式(3)中，x(kΔt)为随机路面不平顺时域激励，NΔt＝T，Δt为时间增量，T为随机路面不平顺时域激励的时间周期。

6.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤二中，所述焊接过程包括焊接加热过程和冷却过程；所述热力学有限元分析通过FORTRAN语言编写所述椭球体热源模型、车辆结构焊接轨迹以及加热过程时间和冷却过程时间。

7.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤三中，所述车辆结构随机振动有限元分析将车辆结构焊接残余应力定义为车辆结构初始应力场，在此基础上进行随机振动有限元分析，得到耦合焊接残余应力后的车辆结构应力功率谱。