[发明专利]一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

步骤一：结合焊接热力学理论和双椭球体热源模型和焊缝材料热物理参数，建立焊缝残余应力数值模拟方法，得到焊缝有效残余应力，焊缝有效残余应力σ_r按式(1)进行计算：

σ_r＝k_tk_wk_lk_mσ_max (1)

式(1)中，k_t为焊缝残余应力厚度系数，k_w为焊缝残余应力宽度系数，k_l为焊缝残余应力长度系数，k_m为焊缝残余应力材料系数，k_t、k_w、k_l、k_m均在0.9至1之间；σ_max为焊缝试件残余应力分布中最大值；

步骤二：通过开展高频载荷作用下焊缝红外热像超高周疲劳试验，记录焊缝疲劳损伤演化过程中的温度变化特性，获取焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型；

步骤三：将焊缝有效残余应力作为平均应力，根据Gerber方法修正应力幅值；

步骤四：构建修正后焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型，进行焊缝疲劳寿命预测，修正后焊缝耗散能超高周疲劳寿命模型按照式(2)进行计算：

式(2)为修正后焊缝超高周疲劳寿命,E_d为累积耗散能，β为塑性功转化系数，π为圆周率，ε'_f为焊缝疲劳延性系数，c为焊缝疲劳延性指数，为焊缝修正后应力幅值，根据式(2)进行焊缝寿命预测。

2.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法，其特征在于所述的步骤一中，焊缝残余应力数值模拟方法按如下步骤建立：

步骤一：建立焊缝试件有限元网格模型，根据焊缝材料热物理参数定义焊缝试件有限元网格模型材料参数；

步骤二：利用FORTRAN语言编写所述双椭球体热源模型、焊缝试件焊接轨迹以及加热过程时间和冷却过程时间，形成移动加载热源；

步骤三：基于顺序耦合热力学分析方法进行焊缝试件有限元计算，得到焊缝试件残余应力分布，确定焊缝有效残余应力σ_r。

3.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法，其特征在于所述的步骤二中，高频载荷的加载频率f_V为20000Hz。

4.如权利要求1所述的一种基于耗散能考虑残余应力的焊缝超高周寿命预测方法，其特征在于所述的步骤二中，所述焊缝红外热像超高周疲劳试验根据焊缝材料屈服强度σ_y，开展应力比R＝-1条件下的应力幅值σ_a分别为0.7σ_y、0.68σ_y、0.66σ_y、0.64σ_y、0.62σ_y、0.6σ_y、0.58σ_y、0.56σ_y、0.54σ_y、0.52σ_y、0.5σ_y下的焊缝红外热像疲劳试验，所有疲劳试验均在一根焊缝试件上完成，从0.5σ_y开始依次往上递增，每一个应力幅值σ_a加载20万次，加载频率为20000Hz,获取每一个应力幅值σ_a下焊缝红外热像超高周疲劳试验稳定阶段的温升θ_ASV。