考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，属于焊接结构疲劳寿命计算领域。目的是为了考虑焊接残余应力对疲劳损伤的影响而精确计算焊接结构随机振动疲劳寿命的问题。其原理是基于逆傅里叶变换法建立时域路面不平顺计算方法，确定随机路面不平顺激励功率谱密度；进而结合热弹塑性理论和椭球体热源模型，进行焊接结构残余应力数值模拟，通过对机械结构施加激励功率谱密度，开展随机振动分析并计算结构应力功率谱；根据结构应力功率谱计算应力幅值概率密度函数，依据焊缝S‑N曲线求解随机载荷作用下车辆结构疲劳寿命。本发明专利技术的优点是能够耦合车辆结构初始焊接残余应力和工作应力，提高焊缝随机振动载荷下寿命计算精度。

Calculation method of random vibration fatigue life of vehicle structure considering welding residual stress

The invention discloses a calculation method of random vibration fatigue life of vehicle structure considering welding residual stress, which belongs to the field of fatigue life calculation of welding structure. The purpose of this paper is to accurately calculate the random vibration fatigue life of welded structures in order to consider the influence of welding residual stress on fatigue damage. The principle is to establish a time-domain calculation method of road surface roughness based on the inverse Fourier transform method, and determine the power spectral density of random road surface roughness excitation; then, combined with the THERMOELASTIC-PLASTIC theory and ellipsoid heat source model, carry out the numerical simulation of residual stress of welding structure, and carry out the random vibration analysis and calculate the structure stress power spectrum by applying the power spectral density of mechanical structure excitation; according to the The probability density function of stress amplitude is calculated by the structure stress power spectrum, and the fatigue life of vehicle structure under random load is calculated by the s \u2011 N curve of weld. The invention has the advantages that the initial welding residual stress and working stress of the vehicle structure can be coupled, and the service life calculation accuracy under the random vibration load of the weld can be improved.

【技术实现步骤摘要】
考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法
本专利技术涉及一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，属于焊接结构疲劳寿命计算领域。
技术介绍
焊接是车辆结构常用的连接方式之一，然而，焊接工艺本身会在成形过程中由于存在温度梯度而再结晶速率不一致，使得焊缝冷却成形时产生残余应力，而大大削弱焊缝的疲劳性能。目前，已有相关学者开展焊接结构随机振动疲劳寿命预测研究。工业和信息化部电子第五研究所的周斌专利技术的PCB焊点随机振动疲劳寿命预测方法与系统(公开号：105022860A)，基于正弦振动试验和谐响应仿真分析确定PCB焊点应力寿命曲线，采用雨流计算得到危险部位循环数、应力均值、应力幅值，最后基于Miner准则预测PCB焊点随机振动疲劳寿命。然而，随机振动试验需要大量的时间和资源，且对于设计阶段的焊接产品显然无法实现。大连交通大学的兆文忠专利技术的复杂焊接结构随机振动疲劳寿命预测方法(公开号：104200122A)，建立焊接系统的有限元模型；确定系统的边界条件和动力学方程，将的边界条件引入的动力学方程；在载荷输入点施加不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：/n步骤一：将路面不平顺空间频率功率谱转化为路面不平顺时间频率功率谱；基于逆傅里叶变换法将路面不平顺时间频率功率谱转换为随机路面不平顺时域激励；根据结构传递函数编程求解车辆结构时域激励，再通过傅里叶变换获取车辆结构激励功率谱密度；/n步骤二：结合热弹塑性理论和椭球体热源模型以及材料热物理参数，建立车辆结构有限元分析模型，模拟焊接过程，通过热力学有限元分析得到车辆结构焊接残余应力；/n步骤三：定义车辆结构边界条件，施加车辆结构激励功率谱密度，开展车辆结构随机振动有限元分析，获取车辆结构应力功率谱；/n步...

【技术特征摘要】
1.一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：
步骤一：将路面不平顺空间频率功率谱转化为路面不平顺时间频率功率谱；基于逆傅里叶变换法将路面不平顺时间频率功率谱转换为随机路面不平顺时域激励；根据结构传递函数编程求解车辆结构时域激励，再通过傅里叶变换获取车辆结构激励功率谱密度；
步骤二：结合热弹塑性理论和椭球体热源模型以及材料热物理参数，建立车辆结构有限元分析模型，模拟焊接过程，通过热力学有限元分析得到车辆结构焊接残余应力；
步骤三：定义车辆结构边界条件，施加车辆结构激励功率谱密度，开展车辆结构随机振动有限元分析，获取车辆结构应力功率谱；
步骤四：根据车辆结构应力功率谱求解应力幅值概率密度函数P(S)，依据焊缝S-N曲线计算车辆结构疲劳寿命Nf。


2.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤一中，所述路面包括公路路面、非公路路面以及轨道；所述路面不平顺空间频率功率谱包括路面不平顺时间频率位移功率谱Gq(n)、路面不平顺时间频率速度功率谱和路面不平顺时间频率加速度功率谱所述路面不平顺时间频率功率谱包括路面不平顺时间频率位移功率谱Gq(f)、路面不平顺时间频率速度功率谱和路面不平顺时间频率加速度功率谱


3.如权利要求2所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于：所述标准路面不平顺空间频率位移功率谱Gq(n)按照式(1)转化为所述路面不平顺时间频率位移功率谱Gq(f)：



式(1)中，Gq(f)为路面不平顺时间频率位移功率谱，Gq(n)为路面不平顺空间频率位移功率谱，n为空间频率，f为时间频率，u为车速，且有f＝un。


4.如权利要求2所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于：所述路面不平顺空间频率速度功率谱等于(2πf)2Gq(f)；所述路面不平顺空间频率加速度功率谱等于(2πf)4Gq(f)。


5.如权利要求1所述的一种考虑焊接残余应力的车辆结构随机振动疲劳寿命计算方法，其特征在于所述的步骤一中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：米承继，肖学文，李文泰，李光，孙晓，熊勇刚，张勇，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43