[发明专利]含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测方法及系统

说明书

本发明属于焊接结构寿命预测技术领域，提供了一种含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测方法及系统。其中，该方法包括基于含缺陷焊接结构载荷工况及量化并规则化的缺陷形式，构建含缺陷焊接结构的全局有限元模型和关键部位的子有限元模型，计算当前应力场强度因子；获取基于断裂力学试验的含缺陷焊接结构的应力场强度因子门限值以及基于损伤力学试验的含缺陷焊接结构的临界缺陷长度；比较当前应力场强度因子与应力场强度因子门限值：若前者小于后者，则缺陷安全；否则，基于运营里程与缺陷长度的关系，当缺陷长度达到临界缺陷长度时，运营里程则是含缺陷焊接结构在设定存活率下的剩余寿命。其提高了概率剩余寿命预测的准确性。

技术领域

本发明属于焊接结构寿命预测技术领域，尤其涉及一种含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着轨道交通车辆(比如动车组及城轨车辆)运营里程的增长，运维结构安全评估需求越来越多，准确评价结构剩余寿命是进行运维安全评估的关键。目前轨道交通车辆的主承载结构车体底架及转向架均为大型金属焊接结构。焊接接头位于结构的连接处，几何形貌不规则，有天然的应力集中，且焊接接头及其热影响区有复杂分布的残余应力，抗疲劳性能弱于母材，因此焊接结构失效往往发生在焊接接头及其热影响区，焊接接头的剩余寿命评估能够实现对焊接结构寿命的管理。

虽然焊接结构在工艺与生产中，会采用严格流程与标准对焊接质量进行控制，但是在生产制造、装配及运维过程中，仍然不可避免的产生缺陷及损伤。发明人发现，现有的含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测过程中，其中的含缺陷焊接结构在裂力学有限元分析中存在建模困难的问题，而且未考虑随机振动对焊接结构裂纹扩展的影响，降低了概率剩余寿命预测的准确性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测方法及系统，其对含缺陷焊接结构的关键部位进行子有限元模型建模，考虑了随机振动对焊接结构裂纹扩展的影响，更贴近结构动态运营实际情况，提高了概率剩余寿命预测的准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供了一种含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测方法，其包括：

基于含缺陷焊接结构载荷工况及量化并规则化的缺陷形式，构建含缺陷焊接结构的全局有限元模型和关键部位的子有限元模型，计算当前应力场强度因子；

获取基于断裂力学试验的含缺陷焊接结构的应力场强度因子门限值以及基于损伤力学试验的含缺陷焊接结构的临界缺陷长度；

比较当前应力场强度因子与应力场强度因子门限值：

若前者小于后者，则缺陷安全；否则，基于运营里程与缺陷长度的关系，当缺陷长度达到临界缺陷长度时，运营里程则是含缺陷焊接结构在设定存活率下的剩余寿命。

本发明的第二个方面提供了一种含缺陷焊接结构的概率剩余寿命预测系统，其包括：

第一计算模块，其用于基于含缺陷焊接结构载荷工况及量化并规则化的缺陷形式，构建含缺陷焊接结构的全局有限元模型和关键部位的子有限元模型，计算当前应力场强度因子；

第二计算模块，其用于获取基于断裂力学试验的含缺陷焊接结构的应力场强度因子门限值以及基于损伤力学试验的含缺陷焊接结构的临界缺陷长度；

剩余寿命预测模块，其用于比较当前应力场强度因子与应力场强度因子门限值：

若前者小于后者，则缺陷安全；否则，基于运营里程与缺陷长度的关系，当缺陷长度达到临界缺陷长度时，运营里程则是含缺陷焊接结构在设定存活率下的剩余寿命。