• / 10
  • 下載費用:30 金幣  

焊趾處熱點應力的計算方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510659052.4

申請日:

2015.10.12

公開號:

CN105260536A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):G06F 17/50變更事項:申請人變更前:阿特拉斯科普柯(南京)建筑礦山設備有限公司變更后:安百拓(南京)建筑礦山設備有限公司變更事項:地址變更前:210038 江蘇省南京市南京經濟技術開發區恒泰路2號變更后:210038 江蘇省南京市南京經濟技術開發區恒泰路2號|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20151012|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 阿特拉斯科普柯(南京)建筑礦山設備有限公司
發明人: 賈曉華; 趙杰; 蔡洪浩
地址: 210038江蘇省南京市南京經濟技術開發區恒泰路2號
優先權:
專利代理機構: 北京金信知識產權代理有限公司11225 代理人: 黃威; 喻嶸
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510659052.4

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.03.08|||2018.05.11|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開一種焊趾處熱點應力的計算方法,其包括以下步驟:S10,有限元模型前處理;S2,根據有限元模型進行計算;S3,提取每個節點的線性力和線性力矩;S4,根據S3中提取每個節點的線性力和線性力矩,計算出焊趾處的拉應力、彎曲應力和真實應力;S5,將真實應力疊加得到焊趾處每個節點的熱點應力。其中,S10中將建立的虛擬應變片的幾何模型分為應變片外圍和應變片核心塊,將應變片核心塊相應的面均分為N個子面,在每個子面的側邊生成1個線特征,N個子面共生成(N+1)個線特征。本發明涉及的計算方法步驟簡單,效率較高,并且計算精度高,極大地降低了人力物力,提高了焊接結構的后期設計驗證的效率和焊接結構的設計質量。

權利要求書

1.一種焊趾處熱點應力的計算方法,其包括以下步驟:
S10,有限元模型前處理,包括以下步驟:
S11,在焊趾處建立虛擬應變片的幾何模型;
S12,對所述虛擬應變片的幾何模型進行網格劃分;
S13,將所述虛擬應變片的幾何模型分為應變片外圍和應變片核心塊,將
所述應變片核心塊相應的面均分為N個子面,在每個所述子面的側邊生成1
個線特征,所述N個子面共生成(N+1)個所述線特征;
S14,為所述虛擬應變片定義材料、單元屬性、施加載荷和邊界條件;
S2,根據所述有限元模型進行計算;
S3,提取每個節點的線性力和線性力矩;
S4,根據S3中提取每個所述節點的所述線性力和所述線性力矩,計算出
所述焊趾處的拉應力、彎曲應力和真實應力;
S5,將所述真實應力疊加得到所述焊趾處每個所述節點的熱點應力。
2.根據權利要求1所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特征在于,N
大于或者等于8。
3.根據權利要求1-2中任一項所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特
征在于,為所述虛擬應變片建立的網格為3D網格。
4.根據權利要求3所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特征在于,當
步驟S2完成后,在所述有限元模型的計算結果文件中,提取所述虛擬應變片

f為節點對于相鄰一個子面的線性力,m為相應的線性力矩,t是板厚。
5.根據權利要求4所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特征在于,將
每個所述節點的所述真實應力疊加得出每個所述節點的熱點應力:
Σ F i + 0 l f ( x ) d x = 0 ]]>
Σ F i x i + 0 l x f ( x ) d x = 0 ]]>
其中,Fi是每個節點的熱點應力,l代表單元沿焊縫方向的長度。
6.根據權利要求5所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特征在于,根
據每個所述節點的所述真實應力和所述熱點應力,推廣至n個線性力/力矩,
形成矩陣方程:
F 1 F 2 F 3 . . F n = l 3 l 6 0 0 ... 0 l 6 2 l 3 l 6 0 ... 0 0 l 6 2 l 3 l 6 ... 0 0 0 0 0 ... l 6 l 3 f 1 f 2 f 3 . . f n . ]]>
7.根據權利要求6所述的焊趾處熱點應力的計算方法,其特征在于,將
所述矩陣方程中的Fn替換成Mn,fn替換成mn即得到所述線性力矩的相關矩
陣。

說明書

焊趾處熱點應力的計算方法

技術領域

本發明涉及計算領域,特別地涉及焊趾處熱點應力的計算方法。

背景技術

焊接結構中,焊接接頭的固有疲勞強度往往較低。這是由于,焊接特殊
的制造工藝包含了太多的對結構疲勞性能不利的附加因素:連接附件、加強
件以及焊縫幾何等不連續結構。這些幾何結構上的不連續性導致了結構剛度
的不連續性。最終,很容易導致在焊接接頭處產生高度的應力集中。而應力
集中的嚴重程度,決定了焊接結構的疲勞強度。而實際上,在高應力集中區
域,由于應力梯度的高度非線性,很難截取一個統一的具有力學意義的應力
值來考核的結構的疲勞壽命。

針對這種問題,國內外學者提出了兩種基于S-N曲線的焊接結構的應力
截取方法:名義應力法和基于國際焊接協會的熱點應力法。名義應力法是焊
接結構疲勞分析中研究最廣、應用最廣的傳統方法。應用這種方法時,不需
要特別考慮焊接接頭自身的應力集中。但是,不同的焊接接頭需要通過不同
的S-N曲線來區分。從應力截取的角度看,名義應力法顯然比較簡單。但是,
名義應力法也存在嚴重的局限性:1)焊接結構的疲勞破壞是焊接接頭處的應
力集中而導致,而名義應力法忽略了焊接接頭的應力集中。比如,相同的焊
接接頭,如果對焊縫進行后處理以降低應力集中,其疲勞壽命肯定是不一樣
的。2)由于焊接接頭的多樣性,焊接接頭與S-N曲線的一一對應是很難做到
的。3)焊接結構處的名義應力是高度網格敏感的,應力值會有較大的離散。

基于如上的考慮,國際焊接協會推出了熱點應力法。熱點應力法考慮的
焊接接頭的應力集中,它是一種基于幾何結構的外推法。但是,熱點應力法
也不能解決接頭與S-N曲線對應及應力與網格敏感的問題。后來,有學者提
出了在有限元中基于節點力的熱點應力計算方法。這種方法一方面不需要考
慮單元類型、網格尺寸等敏感因素對熱點應力的影響,另一方面,由于較準
確的考慮了焊接接頭的應力集中,也突破了焊接接頭與S-N曲線對應的限制。
但是此法在實施前需要將焊接結構3D幾何模型轉化成板殼2D幾何模型,對
于復雜鋼結構很難準確的用2D板殼模型來表達3D實體模型,且花費時間、
人力成本巨大,工程應用中存在一定的局限性。

發明內容

本發明提供了一種焊趾處熱點應力的計算方法,以解決現有技術中的問
題。

為實現上述目的,本發明提供了一種焊趾處熱點應力的計算方法,包括以
下步驟:S10,有限元模型前處理,包括以下步驟:S11,在焊趾處建立虛擬
應變片的幾何模型;S12,對所述虛擬應變片的幾何模型進行網格劃分;S13,
將所述虛擬應變片的幾何模型分為應變片外圍和應變片核心塊,將所述應變
片核心塊相應的面均分為N個子面,在每個所述子面的側邊生成1個線特征,
所述N個子面共生成(N+1)個所述線特征;S14,為所述虛擬應變片定義材料、
單元屬性、施加載荷和邊界條件;S2,根據所述有限元模型進行計算;S3,
提取每個節點的線性力和線性力矩;S4,根據S3中提取每個所述節點的所述
線性力和所述線性力矩,計算出所述焊趾處的拉應力、彎曲應力和真實應力;
S5,將所述真實應力疊加得到所述焊趾處每個所述節點的熱點應力。

優選地,N大于或者等于8。

優選地,為所述虛擬應變片建立的網格為3D網格。

優選地,當步驟S2完成后,在所述有限元模型的計算結果文件中,提取
所述虛擬應變片中選取的節點在板厚方向的所述線性力與所述線性力矩,其
中:

真實應力由計算公式確定,其中:

f為節點對于相鄰一個子面的線性力,m為相應的線性力矩,t是板厚。

優選地,將每個所述節點的所述真實應力疊加得出每個所述節點的熱點
應力:

Σ F i + 0 l f ( x ) d x = 0 ]]>

Σ F i x i + 0 l x f ( x ) d x = 0 ]]>

其中,Fi是每個節點的熱點應力,l代表單元沿焊縫方向的長度。

優選地,根據每個所述節點的所述真實應力和所述熱點應力,推廣至n
個線性力/力矩,形成矩陣方程:


優選地,將所述矩陣方程中的Fn替換成Mn,fn替換成mn即得到所述線
性力矩的相關矩陣。

本發明涉及的焊趾處熱點應力的計算方法基于有限元3D模型來計算焊
趾處的熱點應力,這種計算方法步驟簡單,效率較高,并且計算精度高,極
大地降低了人力物力,提高了焊接結構的后期設計驗證的效率和焊接結構的
設計質量。

附圖說明

圖1是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的焊趾位置的示
意圖;

圖2是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法的步驟流程圖;

圖3是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的虛擬應變片網
格劃分示意圖;

圖4是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的虛擬應變片示
意圖;

圖5是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的虛擬應變片示
意圖;

圖6是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的虛擬應變片3D
示意圖;

圖7是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中的虛擬應變片局
部示意圖;

圖8是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中線性力和線性力
矩示意圖;

圖9是本發明涉及的一種焊趾處熱點應力的計算方法中線性力和線性力
矩示意圖。

具體實施方式

為了更好地說明本發明的意圖,下面結合附圖對本發明內容做進一步說
明。

本實施例涉及一種焊趾處熱點應力的計算方法,其中,如圖1所示,焊
趾處是指焊接時,焊縫1與圖1中母材的工字鋼梁2兩個實體相交的區域,
在進行計算時,在相交區域選取虛擬應變片區域3,如圖2所示,在對焊趾
處進行熱點應力的計算方法包括以下步驟:

S10,有限元模型前處理,包括以下步驟:

S11,利用有限元分析軟件或3D軟件在焊趾處建立虛擬應變片的幾何模
型;

S12,如圖3和圖6所示,對所述虛擬應變片的幾何模型進行網格劃分,
具體地,將幾何模型劃分為3D網格;

S13,如圖4和圖5所示,將所述虛擬應變片的幾何模型分為應變片外圍
4和應變片核心塊5,將所述應變片核心塊5相應的面均分為N個子面,在每
個所述子面的側邊生成1個線特征,所述N個子面共生成(N+1)個所述線特征,
優選地,N大于或者等于8,具體地,N設置成9,該虛擬應變片的幾何模型
的外圍長72mm,寬40mm,應變片核心塊5截面區域長40mm,寬8mm,將應變
片核心塊5與焊趾最接近的平面均分,所分子面的數量為10個,共產生11
條分割線。

S14,為所述虛擬應變片定義材料、單元屬性、施加載荷和邊界條件。

S2,根據所述有限元模型進行計算。

S3,提取每個節點的線性力和線性力矩,具體地,當有限元模型計算完
成后,在有限元模型的計算結果文件中,提取虛擬應變片中選取的節點在板
厚方向的線性力與線性力矩,其中板厚方向為圖7中箭頭t所指方向,t表
示板厚。

S4,根據S3中提取每個所述節點的所述線性力和所述線性力矩,計算出
所述焊趾處的真實應力。

真實應力由計算公式確定,其中:

f為節點對于相鄰一個子面的線性力,m為相應的線性力矩,t是板厚;

如圖7所示,其中,f是對單個子面的線性力/線性力矩平衡進行計算得
到,將每個節點的真實應力疊加得出每個節點的熱點應力:

Σ F i + 0 l f ( x ) d x = 0 ]]>

Σ F i x i + 0 l x f ( x ) d x = 0 ]]>

其中,Fi是每個節點的熱點應力,l代表單元沿焊縫方向的長度;

可以得到:

F 1 = l 3 f 1 + l 6 f 2 F 2 = l 6 f 1 + l 3 f 2 ]]>

F代表節點的完整線性力,即考慮了節點相連兩個子面的線性力,例如,
F1是f1和f2綜合得到的;

那么,推廣至n個線性力/力矩,形成矩陣方程,可以有:

這里,將Fn替換成Mn,fn替換成mn即可以
得到線性力矩的相關矩陣,因此,在S4中所提取的線性力/線性力矩帶入S1
中建立的虛擬應變片模型中,將可以計算出每個節點的拉應力和彎曲應力。

S5,拉應力和彎曲應力疊加,實際上,其中S3中所得到的是非環形的焊
縫焊趾處的線性力和線性力矩,此為線性力和線性力矩的一般公式,但是通
過上述公式直接代入到S1所建立的虛擬應變片計算模型中,最后所得到的熱
點應力值并不是全部有意義的。

這里,要求將應變片核心塊相應的面均分為N個子面,同時生成(N+1)
個線特征,其中N大于或者等于8是基于在S1、S3和S4中,虛擬應變片中
除第一個與最后一個線特征外,其余所有的線特征都是相鄰兩個子面共有,
而虛擬應變片中的第一個與最后一個線特征與虛擬應變片外的3D實體幾何
存在著力的傳遞,即,虛擬應變片提取的第一個子面與最后一個子面的線性
力只是S4處中計算得到的線性力的一部分,也就是說第一個與最后一個線性
力是不準確的,如圖8所示,


如上公式,結合圖8,如果節點1的節點有問題,那么線性力f1和線性
力f2不準確,只有f3比較能夠反映節點3處的線性力和線性力矩,進一步,
為了保守起見,一般f5的線性力的精確性已經足夠。于是,S1中建立的虛
擬應變片,必須要有9個及以上的線特征,并且,只有f5到f(n-4)之間
的線性力和線性力矩才能用來計算焊趾處的熱點應力。

本發明的實施例僅是對本發明的優選實施方式進行的描述,并非對本發
明構思和范圍進行限定,在不脫離本發明設計思想的前提下,本領域中工程
技術人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進,均應落入本發明的保
護范圍,本發明請求保護的技術內容,已經全部記載在權利要求書中。

關 鍵 詞:
焊趾處 熱點 應力 計算方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:焊趾處熱點應力的計算方法.pdf
鏈接地址:http://www.rgyfuv.icu/p-6345580.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
山东11选5中奖结果走势图