一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法
【技術領域】
[0001] 本申請設及疲勞損傷計算方法，特別設及一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法。
【背景技術】
[0002] 鋼結構由于其高強、輕質特性而廣泛應用于基礎設施工程。然而，鋼結構，尤其是 焊接鋼結構，在車輛、風和地震等往復荷載作用下容易發生疲勞裂紋甚至斷裂，嚴重影響了 鋼結構的服役性能和工程結構安全。因此，開展合理準確的疲勞損傷計算對于提升焊接鋼 結構的工程結構性能評估水平，提高工程結構的運營維護和管理養護效率，保障工程結構 的服役安全具有重要作用。
[0003] 焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法主要有：1)基于線性S-N曲線模型和Miner理論的 疲勞損傷計算方法:依據現有的線性S-N曲線模型計算等效應力幅得到對應的疲勞壽命 循環次數表示），再將總循環次數與疲勞壽命相除得到疲勞損傷，主要用于新建結構的疲勞 設計;2)基于連續損傷力學的疲勞損傷計算方法:依據線彈性斷裂力學計算得到裂紋擴展 深度，直接將裂紋擴展深度與構件厚度相除得到疲勞損傷，主要用于在役結構的疲勞評估。 然而，上述方法均為考慮到非常應力幅范圍內的疲勞性能變化，難W反映疲勞損傷非線性 累計的特點，對于準確評估焊接鋼結構的疲勞損傷存在一定的不足。因此，對于焊接鋼結構 的疲勞損傷計算，有必要提出一種能夠準確反映焊接區域殘余應力水平和非線性損傷累計 特點的疲勞損傷計算方法。
[0004] 應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、 完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為運些方案在本申請的
【背景技術】部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。
【發明內容】
[0005] 本申請實施例的目的在于提供一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法，W準確計算 出不同荷載和焊接殘余應力水平下的疲勞損傷。
[0006] 本申請實施例提供的一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法，包括：
[0007] S1:建立焊接細節疲勞抗力的全空間曲線模型；
[000引S2:基于焊接細節處的焊接殘余應力W及車載作用下的焊接細節結構時程應力， 計算焊接細節結構的真實時程應力；
[0009] S3:利用雨流計數法對所述真實時程應力進行處理，并基于處理結果計算等效應 力幅和總應力循環次數；
[0010] S4:利用建立的所述全空間曲線模型，計算與所述等效應力幅相對應的疲勞壽命；
[0011] S5:基于計算的所述疲勞壽命W及所述總應力循環次數，計算焊接鋼結構的疲勞 損傷。進一步地，所述建立焊接細節疲勞抗力的全空間曲線模型具體包括：
[0012] S11:建立焊接細節疲勞抗力的全空間曲線模型的基本公式：
[OOU] S(N)=a(化 B)b+c (1)
[0014] 其中，S為應力幅，N為所述應力幅對應的疲勞壽命，a、b、c和B為公式參數；
[0015] S12:利用鋼材的靜力拉伸試驗，獲取所述鋼材的極限拉伸強度曰U;
[0016] S13:將（1，。。)帶入式（1)得：
[0017]
[0018] 其中，l，〇u分別為所述曲線模型的起始點對應的疲勞壽命和應力幅；
[0019] S14:將(Nk，〇k)帶入式（1)得：
[0020]
(3)
[0021]其中，Nk，〇k分別為所述曲線模型的第二個拐點刈應的疲勞壽命和應力幅；
[002^ S15:將(Ngcf, 0GCF)帶入式（1)得：
[0023]
(4)
[0024] 其中，Ngcf，〇gcf分別為所述曲線模型的終止點對應的疲勞壽命和應力幅；
[0025] S16:聯立式(2)、（3)和(4)求解得：
[0031] 其中，Ην為材料的硬度;Ngcf取為109。
[0032] S18:計算得到化、Nk:
[0035] 聯立式(9)和（10)求解得到化和Nk;
[0036] S19:計算得到 o'k:
[0037] 〇'k = 0.9〇u (11)
[0038] 其中，(/k為所述曲線模型的第一個拐點對應的應力幅；
[0039] S110:基于焊接細節的疲勞試驗，獲取不同應力幅Si下的S-N散點圖S(Ni) = Si，其 中，Ni為應力幅Si對應的試驗疲勞壽命，并建立試驗散點圖的線性回歸模型：
[0040] N=f(S)=bS+n (12)
[0041 ]其中，η為根據試驗數據擬合的線性回歸參數；
[0042] Sill:將式（11)帶入式（12)，求解得到N^k，所述r/k為所述曲線模型的第一個拐點 對應的疲勞壽命；
[0043] S112:將b代入式(5)、（6)、（7)，計算得到曰、(3和8。
[0044] 進一步地，所述利用雨流計數法對所述真實時程應力進行處理，并基于處理結果 計算等效應力幅和總應力循環次數具體包括：
[0045] S31:采利用雨流計數法對所述真實時程應力進行處理，得到應力幅SAi和與所述 應力幅SAi對應的應力循環次數m;
[0046] S32:根據下述公式計算等效應力幅SAeq和總應力循環次數N:
[0047]
[004引 Ν=Σιη
[0049]進一步地，按照W下公式計算與所述等效應力幅相對應的疲勞壽命Neq:
[(K)加]
[0051] 進一步地，按照W下公式計算焊接鋼結構的疲勞損傷：
[0052] D = N/Neq
[0053] 進一步地，所述基于焊接細節處的焊接殘余應力W及車載作用下的焊接細節結構 時程應力，計算焊接細節結構的真實時程應力具體包括：
[0054] S21:根據鋼結構焊接細節設計圖紙，建立所述焊接細節的熱-固禪合分析有限元 模型，并基于所述熱-固禪合分析有限元模型計算得到所述焊接細節處的焊接殘余應力曰r;
[0055] S22:根據鋼結構焊接細節設計圖紙，建立所述焊接細節的結構應力分析有限元模 型，并基于所述結構應力分析有限元模型計算得到車載作用下的焊接細節結構時程應力曰S (t);
[0056] S23:根據下述公式計算焊接細節結構的真實時程應力〇t(t):
[0057] 〇t(t)=〇r+〇s(t)
[0化引其中，t表示時間。
[0059] 參照后文的說明和附圖，詳細公開了本申請的特定實施方式，指明了本申請的原 理可W被采用的方式。應該理解，本申請的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權 利要求的精神和條款的范圍內，本申請的實施方式包括許多改變、修改和等同。
[0060] 針對一種實施方式描述和/或示出的特征可相同或類似的方式在一個或更多 個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。 [0061 ]應該強調，術語"包括/包含"在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并 不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。
【附圖說明】
[0062] 所包括的附圖用來提供對本申請實施例的進一步的理解，其構成了說明書的一部 分，用于例示本申請的實施方式，并與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下 面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創 造性勞動性的前提下，還可W根據運些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
[0063] 圖1為本申請實施方式提供的一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法的流程圖；
[0064] 圖2為本發明實施例中疲勞試驗結果及全空間S-飾莫型曲線圖；
[0065] 圖3為本發明實施例中車載作用下結構真實應力時程曲線；
[0066] 圖4為本發明實施例中不同車輛數年增長率下的疲勞損傷累計曲線。
【具體實施方式】
[0067] 為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應當屬于本申請保護 的范圍。
[0068] 請參閱圖1至圖4,本發明提供的一種焊接鋼結構的疲勞損傷計算方法，該方法包 括如下步驟：
[0069] S1:建立焊接細節疲勞抗力的全空間曲線模型；
[0070] S2:基于焊接細節處的焊接殘余應力W及車載作用下的焊接細節結構時程應力， 計算焊接細節結構的真實時程應力；
[0071] S3:利用雨流計數法對所述真實時程應力進行處理，并基于處理結果計算等效應 力幅和總應力循環次數；
[0072] S4:利用建立的所述全空間曲線模型，計算與所述等效應力幅相對應的疲勞壽命；
[0073] S5:基于計算的所述疲勞壽命W及所述總應力循環次數，計算焊接鋼結構的疲勞 損傷。在本實施方式中，步驟S1可W具體包括W下幾個子步驟。
[0074] S11:建立焊接細節疲勞抗力的全空間曲線模型的基本公式：
[0075] S(N)=a(化 B)b+c (1)
[0076] 其中，S為應力幅，N為所述應力幅對應的疲勞壽命，a、b、c和B為公式參數；
[0077] S12:利用鋼材的靜力拉伸試驗，獲取所述鋼材的極限拉伸強度曰U;
[007引 S13:將（l，0u)帶入式（1)得：
[0079]
[0080] 其中，1，〇u分別為所述曲線模型的起始點對應的疲勞壽命和應力幅；
[00川 S14:將(Nk，0k)帶入式（1)得：
[0082]
C3)
[0083] 其中，Nk，〇k分別為所述曲線模型的第二個拐點對應的疲勞壽命和應力幅；
[0084] S15:將(Ngcf，〇gcf)帶入式（1)得：
[0085]
(4)
[0086] 其中，Ngcf，〇gcf分別為所述曲線模型的終止點對應的疲勞壽命和應力幅；
[00