(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210766846.0 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 西安建筑科技大 学 地址 710055 陕西省西安市雁塔路13号 (72)发明人 白福玉　李加旭　薛建阳　张锡成　 隋龑　吴晨伟　宋德军　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 田甜 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力评估 方法 (57)摘要 本发明公开了一种开裂损伤透榫节点刚度 与承载力评估 方法， 涉及节点刚度与承载力评估 技术领域， 包括以下步骤： 对透榫节点进行测点 布置； 获取木材断裂过程中的各撞击点； 对各测 点的撞击点进行分类； 对透榫节点进行网格划 分， 将各撞击点定位至透榫节点网格中， 并确定 透榫节点网格中的失效网格； 建立扩展有限元模 型， 扩展有限元模型内的网格与透榫节点的网格 保持一致， 对扩展有限元模型内的失效网格进行 删除， 并进行扩展有限元模型加载模拟， 模拟观 察断裂位置的变化； 确定透榫节点断裂参数， 包 括木材开裂荷载和裂纹扩展系数； 将透榫节点断 裂参数输入扩展有限元模型中， 输出弯矩 ‑转角 曲线， 并计算出透榫节点承载力损伤与刚度损 伤。 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 CN 115099104 A 2022.09.23 CN 115099104 A 1.一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 对透榫节点进行测点布置； 对透榫节点对应等级的木材进行力学性能试验， 利用声发射设备监测力学性能试验， 获取木材断裂过程中的各撞击点； 统计分类断裂的声发射特征参数范围， 并根据参数范围对各测点的撞击点依据能量进 行分类； 对透榫节点进行网格划分， 将各撞击点定位至透榫节点网格中， 并确定透榫节点网格 中的失效 网格； 建立扩展有限元模型， 扩展有限元模型内的网格与透榫节点的网格保持一致， 对扩展 有限元模型内的失效网格进行删除， 并进行扩展有限元加载模拟， 模拟观察断裂位置的变 化； 确定透榫节点断裂参数， 包括木材开裂荷载和裂纹扩展系数； 将透榫节点断裂参数输入扩展有限元模型中， 输出弯矩 ‑转角曲线， 并计算出透榫节点 承载力损伤与刚度损伤。 2.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力评估方法， 其特 征在于： 所述测点布置在榫头与柱交接位置 。 3.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力评估方法， 其特 征在于： 所述力学性能试验包括： 木材顺纹受拉试验、 木材顺纹受压试验、 木材横纹受拉试验、 木材横纹 受压试验试验、 木材三 点受弯试验。 4.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述根据参数 范围对各测点的撞击点依据能量进行两种分类， 包括以下步骤： 定义各撞击点的能量质心； 对各撞击点进行初始分类， 将每 个撞击点关联到最近的能量质心； 重新确定能量质心位置， 重复计算 直到J被最小化， 其中J为目标函 数， ||xj‑μi||为撞击点xj到簇中心 μi之间的特定 长度； 对各测点的撞击点依据能量进行分类， 将能量为25 ‑1200mv2/s的断裂声发射信 号的撞 击点定义为分类1信号撞击点， 能量为0 ‑25mv2/s的断裂声发射信号 的撞击点定义为分类2 信号撞击点。 5.如权利要求4所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述确定透榫节点网格中的失效 网格， 具体包括： 将分类1信号撞击点出现的透榫节点网格确定为失效网格， 将分类2信号撞击点形成贯 通断裂面的透榫节点网格确定为失效 网格。 6.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述确定透榫节点断裂参数， 具体包括： 利用牵引 ‑分离定律中的最大正应力准则 定义木材开裂荷载， 其中， 为设定裂纹方向面的法向应力强度， tn为相应的法向应力， 其余两项为裂纹面的切向应权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115099104 A 2力； 当1＜f＜1.0+ftol时， 木材裂缝产 生， 同时裂缝产 生的过程满足牵引 ‑分离定律， 即当单 元的粘聚强度为0时， 单 元分离， 形成裂纹。 7.如权利要求6所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述确定透榫节点断裂参数， 还 包括： 利用格里菲斯准则 定义裂纹扩展系数， 其中GI， GII， GIII为三种断裂模式裂纹尖端的应变能释放率， GIC， GIIC， GIIIC为临界应变能释放率， am， an， a0 为相应的指数。 8.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述建立扩展 有限元模型， 具体包括： 利用ABAQUS， 采用实体单元建模， 木材为各向异性材料， 力学性能按实际木材力学性能 进行设置。 弹性阶段利用ABAQUS中工程常数进行表 示， 塑性阶段利用potent ial函数进行表 示， 法向接触采用硬接触， 切向接触采用罚函数； 加载方式采用位移加载， 加载点为梁反弯点处， 加载至透榫节点弯矩掉落至极限弯矩 的85％。 9.如权利要求1所述的一种开裂损伤透榫节点刚度与承载力 评估方法， 其特征在于， 所 述计算出透榫节点承载力损伤与刚度损伤， 具体包括： 透榫节点承载力损伤利用DM＝(M2‑M1)/M2计算， 其中， DM为透榫节点剩余承载力， M1为损 伤后的透榫节点极限弯 矩， M2为完好的透榫节点极限弯 矩； 透榫节点刚度损伤利用DK＝(K2‑K1)/K2， K1＝M1/θ1， K2＝M2/θ2计算， 其中， DK为透榫节点 剩余刚度， K1为损伤后的透榫节点转动刚度， M1为损伤后的极限弯矩， K2为完好节点的转动 刚度， M2为完好节点的极限弯矩， θ1为损伤后的透榫节点极限荷载点与原点形成的直线和X 轴的夹角， θ2为完好的透榫节点极限荷载点与原点形成的直线和X轴的夹角。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115099104 A 3