异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法，包括以下步骤：S1、用点焊机对两种不同的材料进行点焊接接头，利用阶梯法疲劳试验获得异种材料点焊接头疲劳极限；S2、疲劳过程中点焊接头的温升测量；S3、温升测量后数据的处理；S4、建立点焊接头的疲劳寿命预测模型；S5、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步建立；S6、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的最终确立。本发明专利技术，将异种材料点焊接头疲劳损伤熵统一进行归一化处理，一方面可以抵消掉难以确定的材料尝试，另一方面能更直观的体现疲劳损伤熵累积直至疲劳断裂的本质构建方法得到的模型在实际应用中的效果好，而且稳定，预测值与实验结果的值相同。

Construction of Fatigue Damage Entropy Model for Spot Welded Joints of Heterogeneous Materials

The invention discloses a method for constructing the fatigue damage entropy model of spot welded joints of dissimilar materials, including the following steps: S1, spot welder is used to weld joints of two different materials, fatigue limit of spot welded joints of dissimilar materials is obtained by step fatigue test; S2, temperature rise measurement of spot welded joints during fatigue process; S3, temperature measurement of spot welded joints of dissimilar materials; Processing data after rise measurement; S4. Establishing fatigue life prediction model of spot welded joints; S5. Preliminary establishment of fatigue damage entropy model of dissimilar material spot welded joints; S6. Final establishment of fatigue damage entropy model of dissimilar material spot welded joints. In the present invention, the fatigue damage entropy of spot welded joints of dissimilar materials is unified and normalized. On the one hand, it can offset the material attempt which is difficult to determine, on the other hand, it can more intuitively reflect the accumulation of fatigue damage entropy until fatigue fracture. The model obtained by the method of constructing the essence of fatigue damage entropy has good effect in practical application, and is stable and pre-emptive. The measured values are the same as the experimental results.

【技术实现步骤摘要】
异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法
本专利技术涉及模型构建
，尤其涉及异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法。
技术介绍
热力学第二定律指出，热力学不可逆耗散过程是一个不会自发地逆转并恢复到初始状态的过程。孤立系统总是自发地朝着热力学平衡，即最大熵状态演化。疲劳损伤过程在内的所有类型的永久劣化或者破坏过程都是系统无序性增大的不可逆过程，那么这个过程中就会产生不可逆熵增。相比成熟且应用广泛的传统疲劳研究方法，疲劳问题的热力学研究领域拓展的非常缓慢，最近二十年才逐渐出现了有实验支撑具有系统性的研究成果，可以参考的文献比较有限。Knonsari通过红外监测疲劳试验过程中试件的温度变化，探寻疲劳过程中熵产与熵流变化与疲劳行为及损伤程度的关系，并尝试将熵作为疲劳损伤的判据。但是整个过程的试验验证缺少充分性，整个疲劳过程中影响熵产累积的因素还有待进一步考证。因此，我们提出了异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法用于解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法。异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法，包括以下步骤：S1、用点焊机对两种不同的材料进行点焊接接头，并指定点焊接接头的疲劳寿命为200万次，利用阶梯法疲劳试验获得异种材料点焊接头疲劳极限；S2、疲劳过程中点焊接头的温升测量：在点焊接接头的表面喷一层均匀的黑色哑光漆，在对点焊接接头进行疲劳试验的过程中，利用FlukeTi450红外热像仪实时监测异种材料点焊接头的不锈钢侧熔核及塑性环表面局部热点的温度；S3、温升测量后数据的处理：确定不同载荷水平下疲劳温升与循环周次的原始关系，利用Matlab软件进行滤波处理，确定每个载荷水平所对应的疲劳温升斜率；S4、建立点焊接头的疲劳寿命预测模型：根据热力学第一定律，从疲劳温升斜率来研究分析并建立起面向焊接结构疲劳问题的机械能、热能和内能之间的关系，并经过假设和推导，考虑疲劳过程中的外界参数，研究并建立基于能量耗散理论的点焊接头的疲劳寿命预测模型；S5、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步建立：根据点焊接头的疲劳寿命预测模型，通过建模的合理热力学熵假设与简化来建立异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型；S6、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的最终确立：通过异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型的建立，对异种材料的点焊接接头进行疲劳寿命的预测，并同时进行点焊接接头的疲劳寿命实验，将实验结果与预测结果比对，进行模型的验证与优化，最终确定异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型。优选的，所述在使用阶梯法疲劳试验的过程中需要同时进行4-5次平行试验，传统阶梯法疲劳试验的方案确定是根据ISO14234-2003的标准制定得到的。优选的，所述疲劳温升斜率为循环周次是循环百万次的疲劳温升改变量。优选的，所述外界参数为温度的演化规律，材料的机械性质，材料的热物理性，板厚和熔核直径。优选的，所述热力学熵的构建法则是以温度和能量作为建立异种材料点焊接头广义热力学熵模型的强度量与广延量，建立表征异种材料点焊接头疲劳性能的疲劳损伤熵的模型。优选的，所述两种不同的材料是碳钢钢板和不锈钢钢板，且黑色哑光漆的辐射率为0.88-0.92。本专利技术的有益效果是：本专利技术，将异种材料点焊接头疲劳损伤熵统一进行归一化处理，一方面可以抵消掉难以确定的材料尝试，另一方面能更直观的体现疲劳损伤熵累积直至疲劳断裂的本质，当累积的疲劳损伤熵达到1时，发生疲劳破坏，构建方法得到的模型在实际应用中的效果好，而且稳定，预测值与实验结果的值相同。附图说明图1为专利技术提出的异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法的归一化的疲劳损伤熵与循环次数之间的关系图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法，包括以下步骤：S1、用点焊机对碳钢钢板和不锈钢钢板进行点焊接接头，并指定点焊接接头的疲劳寿命为200万次，利用阶梯法疲劳试验获得异种材料点焊接头疲劳极限，在使用阶梯法疲劳试验的过程中需要同时进行4-5次平行试验，传统阶梯法疲劳试验的方案确定是根据ISO14234-2003的标准制定得到的；S2、疲劳过程中点焊接头的温升测量：在点焊接接头的表面喷一层均匀的黑色哑光漆，黑色哑光漆的辐射率为0.88-0.92，在对点焊接接头进行疲劳试验的过程中，利用FlukeTi450红外热像仪实时监测异种材料点焊接头的不锈钢侧熔核及塑性环表面局部热点的温度；S3、温升测量后数据的处理：确定不同载荷水平下疲劳温升与循环周次的原始关系，利用Matlab软件进行滤波处理，确定每个载荷水平所对应的疲劳温升斜率，疲劳温升斜率为循环周次是循环百万次的疲劳温升改变量；S4、建立点焊接头的疲劳寿命预测模型：根据热力学第一定律，从疲劳温升斜率来研究分析并建立起面向焊接结构疲劳问题的机械能、热能和内能之间的关系，并经过假设和推导，考虑疲劳过程中的外界参数，外界参数为温度的演化规律，材料的机械性质，材料的热物理性，板厚和熔核直径，研究并建立基于能量耗散理论的点焊接头的疲劳寿命预测模型；S5、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步建立：根据点焊接头的疲劳寿命预测模型，通过建模的合理热力学熵假设与简化来建立异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型，热力学熵的构建法则是以温度和能量作为建立异种材料点焊接头广义热力学熵模型的强度量与广延量，建立表征异种材料点焊接头疲劳性能的疲劳损伤熵的模型；S6、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的最终确立：通过异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型的建立，对异种材料的点焊接接头进行疲劳寿命的预测，并同时进行点焊接接头的疲劳寿命实验，将实验结果与预测结果比对，进行模型的验证与优化，最终确定异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型。用3.2KN，3.5KN，3.8KN，4.1KN和4.4KN这5个疲劳载荷值对碳钢钢板和不锈钢钢板进行点焊接接头进行测试，得到的归一化的疲劳损伤熵与循环次数之间的关系，关系如图一所示。从图一的结果可知：(1)当归一化后的疲劳损伤熵得到1时，疲劳断裂发生；(2)对比五个载荷水平的归一化疲劳损伤熵曲线，载荷水平越高，归一化疲劳损伤熵的增加速率越快；(3)对某一载荷水平而言，以3.8KN为例，随着疲劳载荷循环次数的增加，疲劳损伤熵累积增加，这与热力学第二定律的实质以及疲劳破坏不可逆的本质是一致的，并且试验初期增加较缓慢，而后增加速度越来越快，当疲劳断裂发生时，熵的增加速率达到最大，对应着图中曲线越来越陡峭，这是因为最终断裂发生时塑性应变急剧释放，熵的增加速率达到峰值，随之断裂发生。将上述数据带入到异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型中，得到哦的预测结果与上述的实验结果相同，因此我们的异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型适用于估测异种材料点焊接头的疲劳损伤熵。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、用点焊机对两种不同的材料进行点焊接接头，并指定点焊接接头的疲劳寿命为200万次，利用阶梯法疲劳试验获得异种材料点焊接头疲劳极限；S2、疲劳过程中点焊接头的温升测量：在点焊接接头的表面喷一层均匀的黑色哑光漆，在对点焊接接头进行疲劳试验的过程中，利用Fluke Ti450红外热像仪实时监测异种材料点焊接头的不锈钢侧熔核及塑性环表面局部热点的温度；S3、温升测量后数据的处理：确定不同载荷水平下疲劳温升与循环周次的原始关系，利用Matlab软件进行滤波处理，确定每个载荷水平所对应的疲劳温升斜率；S4、建立点焊接头的疲劳寿命预测模型：根据热力学第一定律，从疲劳温升斜率来研究分析并建立起面向焊接结构疲劳问题的机械能、热能和内能之间的关系，并经过假设和推导，考虑疲劳过程中的外界参数，研究并建立基于能量耗散理论的点焊接头的疲劳寿命预测模型；S5、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步建立：根据点焊接头的疲劳寿命预测模型，通过建模的合理热力学熵假设与简化来建立异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型；S6、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的最终确立：通过异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型的建立，对异种材料的点焊接接头进行疲劳寿命的预测，并同时进行点焊接接头的疲劳寿命实验，将实验结果与预测结果比对，进行模型的验证与优化，最终确定异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型。...

【技术特征摘要】
1.异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、用点焊机对两种不同的材料进行点焊接接头，并指定点焊接接头的疲劳寿命为200万次，利用阶梯法疲劳试验获得异种材料点焊接头疲劳极限；S2、疲劳过程中点焊接头的温升测量：在点焊接接头的表面喷一层均匀的黑色哑光漆，在对点焊接接头进行疲劳试验的过程中，利用FlukeTi450红外热像仪实时监测异种材料点焊接头的不锈钢侧熔核及塑性环表面局部热点的温度；S3、温升测量后数据的处理：确定不同载荷水平下疲劳温升与循环周次的原始关系，利用Matlab软件进行滤波处理，确定每个载荷水平所对应的疲劳温升斜率；S4、建立点焊接头的疲劳寿命预测模型：根据热力学第一定律，从疲劳温升斜率来研究分析并建立起面向焊接结构疲劳问题的机械能、热能和内能之间的关系，并经过假设和推导，考虑疲劳过程中的外界参数，研究并建立基于能量耗散理论的点焊接头的疲劳寿命预测模型；S5、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步建立：根据点焊接头的疲劳寿命预测模型，通过建模的合理热力学熵假设与简化来建立异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型；S6、异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的最终确立：通过异种材料点焊接头疲劳损伤熵模型的初步模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫华，刘亚良，赵慧敏，邓武，许鸿吉，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21