(19)中华 人民共和国 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 202111628222.4 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 孙国芹　王杨　付振豪　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 代理人 张立改 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种焊接结构多轴疲劳失效寿 命评估方法 (57)摘要 一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估 方法， 属于机械 结构诊断分析技术领域。 利用有限元软 件对待测定焊接结构进行不同加载情况下进行 模拟， 获得从焊趾到距 焊趾40mm内所有应力张量 的热点应力拟合曲线， 计算得到焊趾热点应力区 域内的平均应力作为等效热点应力。 以最大剪应 力幅所在平 面为临界面， 提出一种新的多轴寿命 预测方法， 不仅考虑到多轴疲劳的破坏机理， 同 时考虑焊接接头应力集中效应。 利用得到的所有 等效热点应力张量确定临界平 面， 计算临界平面 上的剪应力幅值和法向应力幅值， 代入寿命预测 模型中， 进而得到焊接接头的多轴疲劳失效寿 命。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114297893 A 2022.04.08 CN 114297893 A 1.一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1)： 利用有限元软件对待测定焊接结构进行加载情况下的模拟， 并且在焊趾部位 进行局部网格细化； 步骤2)： 定义平均热点应力是以焊趾热点应力区域的平均应力作为 等效热点应力； 步骤3)： 提取从焊趾到距焊趾 40mm内有限元 各节点的热点应力张量σ： 其中， σx， σy， σz分别为第一、 二、 三主应力； τxy， τxz， τyz分别为xy、 xz、 yz平面的剪切应力； 步骤4)： 对公式(1)中的六种应力分量 分别拟合热点应力曲线， 本发明以σx为例， 得到与 距离x相关的应力函数σ(x)， 并采用公式(2)计算热点应力区域内σx的等效热点应力σeq,x： 其中引入了应力场强法中权函数的概念， 认为公式(2)中权函数 代表着距离焊趾 的距离不同， 应力对疲劳破坏产生的权 重应该不同； 其中， L为热点应力区域长度； σmax为峰值应力； 步骤5)： 将公式(1)中的应力分量分别利用步骤4)计算， 即可得到等效热点应力张量 σeq： 其中， σeq,x， σeq,y， σeq,z分别为等效第一、 二、 三主应力； τeq,xy， τeq,xz， τeq,yz分别为xy、 xz、 yz平面的等效剪切应力； 步骤6)： 本发明中基于临界面法的多轴疲劳失效寿命模型是以最大剪应力幅所在平面 为临界面， 利用该平面上的疲劳损伤参量： 剪应力幅Ca， 法向应力幅Na， 最大法向应力Nmax来 构造一个非线性组合形式的多轴疲劳准则， 其中 是利用SWT公式对平均应力的修 正： 材料参数λ可以在单轴扭转疲劳极限t‑1加载情况下求出， 系数k可通过单轴拉伸疲劳极 限f‑1加载条件下求出：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114297893 A 2其中σσ为材料的屈服强度； 步骤7)： 需考虑焊接结构的应力集中效应， 引入修正系 数K， kσ,kτ对应分别为焊接结构 的法向和剪切应力集中系数； 综上推出一种基于临界面 适用于焊接结构的多轴疲劳破坏准则： 步骤8)： 使用本发明进行多轴疲劳失效寿命预测则必须先确定最大剪应力幅所在平 面， 利用公式(4)得到的等效热点应力张量σeq计算每个空间平面经历一个加载循环后的剪 应力幅值及相应的正应力幅值， 然后比较所有平 面， 确定最大剪应力幅所在平 面； 计算疲劳 临界损伤平面上的剪应力幅值Ca与疲劳临界面 上的法向正应力幅值Na， 利用公式(9)计 算等 效应力幅τeq： 步骤9)： 利用本发明实例在纯扭下的试验数据， 拟合应力 －寿命公式(10)， 得到τ ′f、 b； 并将公式(9)得到的τeq代入到拟合得到的寿命公式(10)中， 便可计算出焊接接头的多轴疲 劳失效寿命Nf； τeq＝ τ′f(Nf)b                      (10) 其中τ′f是纯扭加载下的疲 劳强度系数， b是纯扭加载下的疲 劳强度指数， 都是通过拟合 得到。 2.按照权利要求1所述的一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法， 其特征在于， 步骤 (1)中的加载包括纯拉伸、 纯扭转、 多轴比例加载、 多轴非比例加载， 其中非比例加载相位差 取为90°。 3.按照权利要求1所述的一种焊接结构多轴疲劳失效寿命评估方法， 其特征在于， 步骤 4)拟合热点应力曲线所采用的形式为： σ(x)＝pxq                      (11) 其中， p、 q为拟合系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114297893 A 3