[发明专利]用于焊接结构的统一疲劳寿命评估方法

权利要求书

1.一种用于估计焊接结构在载荷下的疲劳的统一方法，所述方法包括：

生成用于给定结构的有限元模型；

使用所述有限元模型并且在所述给定结构处于给定载荷下时计算所述给定结构内的结构应力的分布，其中，所述应力的分布是相对于与所述给定结构相交的平面确定的；

确定应力是否超过构成所述给定结构的材料的屈服强度；

响应于确定所述应力小于材料的屈服强度而使用胡克定律计算所述给定结构内所经历的结构应变的分布；

响应于确定所述应力超过材料的屈服强度而使用分析方法计算所述给定结构内所经历的结构应变的分布，其中，所述结构应变的分布部分地根据计算出的所述结构应力的分布来计算，并且所述结构应变的分布是相对于所述平面通过至少两个闭式表达式来限定的，所述至少两个闭式表达式考虑了超过材料的屈服强度的应力；以及

使用主E-N曲线、使用计算出的所述结构应变的分布来计算所述给定结构在被置于所述给定载荷下时的疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括识别用于所述给定结构的焊缝的类型，并且根据所识别的焊缝的类型计算应力的分布。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：对于线型焊缝而言，通过以下步骤来计算所述给定结构内的结构应力的分布：

根据所述有限元模型中的有限元节点和贡献节点力的单元来识别焊线位置；

将节点力和节点力矩分别转换为线力和线力矩；以及

通过将线力除以板厚度以及将线力矩除以截面模量来计算沿着所述焊线的在每个节点位置处的结构应力。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：对于点型焊缝而言，通过以下步骤来计算所述给定结构内的结构应力的分布：

将点焊缝建模为联接在两个或更多个板之间的梁；

限定封装所述点焊缝的正方形区域；

从所述有限元模型提取关于所述正方形区域的边缘的节点力和节点力矩；以及

使用叠加方法根据估算出的节点力和节点力矩来计算用于所述点焊缝的结构应力。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述给定结构是否经受非比例多轴载荷条件；以及

响应于确定所述给定结构没有经受非比例多轴载荷条件而使用雨流循环计数来计算结构应变范围。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：响应于确定所述给定结构经受非比例多轴载荷条件而根据非比例损伤参数来计算结构应变范围，所述非比例损伤参数考虑了法向剪切应力与平面内剪切应力之间的非比例载荷效应。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括通过以下步骤来计算所述结构应变范围：

以分段线性形式来表示非比例载荷路径；

通过将所述分段线性形式的每个线性区段的力矩相对于参考载荷路径进行数值积分来估算非比例损伤参数；以及

根据所述非比例损伤参数来计算所述结构应变范围。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括根据下式来计算所述结构应变范围：

Δε_NP＝Δε_AB(1+α_∈·g_NP)

其中，Δε_AB为在不考虑载荷路径非比例效应的情况下的应变平面中的参考结构应变范围，g_NP为非比例损伤参数，以及α_∈为用于测量材料对非比例载荷的敏感性的材料常数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，根据结构应变范围将疲劳损伤参数限定为：

其中，Δε_NP是结合了载荷路径非比例因数的结构应变范围，t是材料厚度，m是从裂纹扩展数据得出的指数，r′是弯折比，以及I(r′)是所述弯折比的无量纲多项式函数。