[发明专利]一种锈蚀吊杆应力集中系数的计算方法

说明书

本发明公开一种锈蚀吊杆应力集中系数的计算方法，考虑到吊杆上锈蚀坑的半径r、锈蚀坑的深度d以及吊杆直径D同锈蚀吊杆应力集中系数K之间的函数关系式，通过建立模型、基于模型计算得到多组应力集中数据，对数据进行拟合，进而得到锈蚀吊杆应力集中系数K的表达式。该表达式可代替有限元法来求得具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数，简化对具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数的计算，为后续工程中具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数提供了一种快速方法，避免采用有限元法计算耗时且复杂的问题，节约了时间成本。

技术领域

本发明涉及桥梁吊杆锈蚀领域，特别涉及一种锈蚀吊杆应力集中系数的计算方法。

背景技术

吊杆作为桥梁的关键组成构件，在多种类型的桥梁中发挥着重要作用，在系杆拱桥和悬索桥中吊杆更是作为重要的受力构件，可以说吊杆的安全性关乎着整个桥梁的安全性。但随着服役时间增大，由于外在环境和疲劳荷载共同作用下，吊杆常常出现锈蚀问题，而锈蚀现象的出现会削弱吊杆截面，使吊杆疲劳性能下降，疲劳寿命降低，严重威胁吊杆的安全。因此，为了更好的判断锈蚀对吊杆截面削弱的危险程度，引入应力集中系数作为判断锈蚀吊杆结构安全性的重要指标。然而，应力集中系数的传统计算多是通过用有限元的方法，理论逐步推导或试验测得，太过耗时且复杂，不利于后续对桥梁吊杆锈蚀的研究。因此，提出一种快速计算锈蚀吊杆应力集中系数的方法十分必要。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种锈蚀吊杆应力集中系数的计算方法，以快速、准确的计算锈蚀吊杆的应力集中系数，且适用性强。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种锈蚀吊杆应力集中系数的计算方法，考虑到吊杆上锈蚀坑的半径r、锈蚀坑的深度d以及吊杆直径D同锈蚀吊杆应力集中系数K之间的函数关系式，锈蚀吊杆应力集中系数K表达式如下：

进一步的，锈蚀坑的深度d的取值范围为0d2r。

对于上述锈蚀吊杆应力集中系数K表达式，其是通过如下方法获得的：首先，基于有限元的方法，用ANSYS建立多组具有不同锈蚀坑半径r、锈蚀坑深度d、吊杆直径D的锈蚀吊杆有限元模型；然后，根据已有关于杆V形槽的研究，用ANSYS建立相同V形槽模型，计算应力集中系数K并与已有研究数据对比，验证所建立ANSYS锈蚀吊杆模型的可靠性，在验证所建模型可靠后，再利用所建有限元模型求其对应的应力集中系数；最后，根据多组数据，拟合锈蚀坑的半径r、锈蚀坑的深度d以及吊杆直径D同锈蚀吊杆应力集中系数K之间的函数关系式，即得到本发明所得的锈蚀吊杆应力集中系数K的表达式。

因此，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、针对目前锈蚀吊杆应力集中系数难以快速、简便获得的问题，本发明提出一函数关系式，可通过简单测量吊杆直径、锈蚀坑半径及深度快速计算出所需的应力集中系数。该公式可代替有限元法来求得具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数，简化对具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数的计算，为后续工程中具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数提供了一种快速方法，避免采用有限元法计算耗时且复杂的问题，节约了时间成本。

2、本发明能够适用于多种具有锈蚀球坑吊杆的应力集中系数的计算，且结构计算简单，操作便利，具有很高的推广价值。

附图说明

图1是球坑锈蚀的吊杆模型，整体网格划分以及锈蚀坑局部放大图；

图2是用ANSYS建立的与已有研究相同的V形槽的杆模型；

图3是所建V形槽杆模型网格划分图；

图4是拟合后应力集中系数与ANSYS有限元计算应力集中系数对比折线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

一、建立锈蚀吊杆模型