一种基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法

本发明涉及参数确定领域，尤其涉及一种基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法。

背景技术：

1、随着社会的发展进步，大型装备正朝着结构巨大化、操作智能化的方向发展，此背景下的结构可靠性问题愈发严重，尤其精确掌握结构的疲劳剩余寿命变得非常关键。大型装备结构的疲劳寿命评估方法有很多种，但大多是通过固定测量位置的少量应力数据展开的预测评估过程。对于实际工程来看，结构除受到外载作用的力以外，自身也会存在残余应力的作用。且在实际工程下，间歇的结构工作状态会使得残余应力在不同的时间点之间产生相互作用的效应，即反逆差变化现象。因此，如向从残余应力内部的反逆差变化特征角度来对大型结构的疲劳寿命进行评估是目前这一研究领域存在的共性问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法。

2、技术方案：本发明包括如下步骤：

3、(1)结构载荷作用下应力谱的确定；

4、(2)基于应力分布异常点的结构残余应力值获取；

5、(3)残余应力反逆差变化特征值的确定；

6、(4)考虑反逆差残余应力间歇现象的疲劳寿命确定。

7、进一步地，所述步骤(1)包括：

8、在三维软件pro-e中建立待分析结构的三维模型，并将三维模型导入到有限元分析软件ansys中，对三维模型进行网格划分，在重点应力集中位置通过局部加密的方式来增加网格密度；然后，按照实际工况在ansys边界模块下对待分析结构进行固定约束条件与载荷的施加；最后，运用后处理模块对结构在实际工况下的应力分布情况进行求解。

9、进一步地，所述对三维模型进行网格划分采用六面体网格的方式。

10、进一步地，所述步骤(2)包括：

11、在步骤(1)分析的基础上，选择应力值最大的三处位置，将其结果标记为σi，i＝1，2，3，选择应力值最小的三处位置，将其结果标记为σt，t＝1，2，3，代入下式对局部逆差应力σn进行求解：

12、

13、其中，σn为局部逆差应力，σi为应力值最大的三处位置的结果，其中，t＝1，2，3，σt为应力值最小的三处位置的结果，i＝1，2，3，c(σi)max为所有应力值最大的三处位置的结果σi中的最大值，c(σi)min为所有应力值最大的三处位置的结果σi中的最小值，判断在步骤(1)中分析的结构应力中所有大于σn的应力位置点，对这些点进行位置号的标记，标为第q点，q＝1，…β，β为所有标记点的个数，对β个标记点进行残余应力的扫描测试，将残余应力的测定结果标记为yq，其中q为残余应力测试位置点标号，q＝1，…β，β为所有标记点的个数。

14、进一步地，所述对β个标记点进行残余应力的扫描测试采用面扫描式x射线残余应力测试设备。

15、进一步地，所述步骤(3)包括：

16、在步骤(2)中分析与测试结果的基础上，代入下式对残余应力反逆差变化特征值tq进行求解：

17、

18、其中，tq为残余应力反逆差变化特征值，σn为局部逆差应力，n＝1，2，3，σi为应力值最大的三处位置的结果，t＝1，2，3，σt为应力值最小的三处位置的结果，i＝1，2，3，αq为第q号标记点所对应的应力集中系数，β为所有标记点的个数，yq为残余应力的测定结果，c(yq)min为残余应力的测定结果的最小值，c(yq)max为残余应力的测定结果的最大值，q为残余应力测试位置点标号，q＝1，…β。

19、进一步地，所述αq为第q号标记点所对应的应力集中系数，通过光弹性试验加以获得。

20、进一步地，所述步骤(4)包括：

21、在步骤(1)-步骤(3)分析的基础上，将相关参数代入下式对结构疲劳寿命l进行求解：

22、

23、其中，l为结构疲劳寿命，γ、m为与材料疲劳特性相关的参数，可通过拉伸疲劳试验获得，c(tq)max为所有残余应力反逆差变化特征值tq中的最大值，c(σi)max所有应力值最大的三处位置的结果σi中的最大值。

24、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：可以实现结构疲劳寿命的精确评估，并从间歇性工作状态下残余应力内部的反逆差变化中提取相应的反逆差特征，并在此基础上反向修正实际疲劳应力值，避免了传统不考虑残余应力反逆差实际变化的缺点，有效的提高了大型装备疲劳寿命在线预测评估的准确性与效率。

技术特征：

1.一种基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

3.根据权利要求2所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述对三维模型进行网格划分采用六面体网格的方式。

4.根据权利要求1所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：

5.根据权利要求4所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述对β个标记点进行残余应力的扫描测试采用面扫描式x射线残余应力测试设备。

6.根据权利要求1所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

7.根据权利要求6所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述αq为第q号标记点所对应的应力集中系数，通过光弹性试验加以获得。

8.根据权利要求1所述的基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

技术总结
本发明公开了一种基于反逆差残余应力间歇修正的结构疲劳寿命评估方法，包括如下步骤：结构载荷作用下应力谱的确定；基于应力分布异常点的结构残余应力值获取；残余应力反逆差变化特征值的确定；考虑反逆差残余应力间歇现象的疲劳寿命确定。本发明可以实现结构疲劳寿命的精确评估，并从间歇性工作状态下残余应力内部的反逆差变化中提取相应的反逆差特征，并在此基础上反向修正实际疲劳应力值，避免了传统不考虑残余应力反逆差实际变化的缺点，有效的提高了大型装备疲劳寿命在线预测评估的准确性与效率。

技术研发人员：刘林潼,钱川,王金,朱林
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4