基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法技术

本发明专利技术公开了基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，利用对接接头试件在PLG‑200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，疲劳试验过程中对接接头的温升测量，建立对接接头累积疲劳损伤熵模型，基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立，获取两线性拟合函数之间的交点，利用升降法对焊接接头进行预测得到疲劳极限试验值；将疲劳极限预测值与疲劳极限试验值进行比较，得到误差值。本发明专利技术建立累积疲劳损伤熵熵产速率和疲劳极限二者之间的函数关系，并找到累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，以期实现从疲劳损伤熵熵产速率角度快速预测疲劳极限。

Fast prediction method of fatigue limit of welded joint based on entropy production rate of fatigue damage

【技术实现步骤摘要】
基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法
本专利技术涉及模型构建
，特别涉及基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法。
技术介绍
疲劳断裂是结构失效的主要形式，工程上很多灾难性的事故都是因结构疲劳失效所引起。焊接结构的疲劳问题因其焊缝处的几何不连续性而存在着一定的特殊性。传统的基于S-N曲线的焊接疲劳评估方法有名义应力法、热点应力法和结构应力法等，名义应力法是最早使用的一种评估方法，此后，热点应力法的出现解决了名义应力法无法考虑到的焊趾处的应力集中问题，但是由于有限元软件对网格敏感的问题，关于焊趾处的峰值应力计算结果也是因人而异。美国华人科学家董平沙教授专利技术了一种网格不敏感的结构应力法，彻底解决了结构应力对网格敏感的问题，这为焊接结构的疲劳研究提供了一个新思路，开创了一种新方法。近年来，从不可逆熵的角度研究焊接结构的疲劳问题也日渐增多。根据热力学第二定律定义，孤立系统的混乱度总是趋向于增加，即朝着熵最大的方向发展。焊接疲劳是一个典型的从有序朝着无序发展的过程，其中涉及微观原子间的位错和滑移以及宏观上的裂纹萌生、扩展以至断裂，这个过程中必然存在着不可逆熵增。因此，从理论上来说，是可以从累积疲劳损伤熵的角度去评估焊接疲劳问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，本专利技术基于不同载荷水平下的试件疲劳过程中的累积疲劳损伤是一个定值这一依据，建立累积疲劳损伤熵熵产速率和疲劳极限二者之间的函数关系，并找到累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，以期实现从疲劳损伤熵熵产速率角度快速预测疲劳极限，可以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，包括如下步骤：S1：利用对接接头试件在PLG-200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，指定寿命2×106次；S2：疲劳试验过程中对接接头的温升测量：在对接接头表面均匀地喷上一层黑色哑光漆，以提高其表面发射率，在对焊接接头进行疲劳试验的过程中，采用FlukeTi450红外热像仪实时监测焊缝表面局部热点温度；S3：温升数据处理：借助于Smartview软件对温度数据进行输出和处理，基于Origin软件绘制不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次的曲线图，建立不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次T-N的函数关系；S4：建立对接接头累积疲劳损伤熵模型：综合已获得的不同载荷水平下T-N函数关系、比热容和材料密度等材料参数建立累积损伤对接接头疲劳疲劳损伤熵数学模型，并计算不同载荷水平下试件断裂时的累积疲劳损伤熵，验证不同载荷水平下的试件其累积疲劳损伤熵是一个定值；S5：基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立：依据不同载荷水平下对接接头累积疲劳损伤熵是一个定值这一事实，得到不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵熵产速率；S6：然后将不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵熵产速率数据分为两组，线性拟合两组累积疲劳损伤熵熵产速率和载荷水平的函数图形，其中载荷水平为横坐标、累积疲劳损伤熵熵产速率为纵坐标；S7：获取两线性拟合函数之间的交点，该交点即为对接接头疲劳极限预测值；S8：利用升降法对焊接接头进行预测得到疲劳极限试验值；S9：将所述疲劳极限预测值与所述疲劳极限试验值进行比较，得到误差值。进一步地，S2中的疲劳试验采用测温系统，该测温系统包括PLG-200高频疲劳试验机、红外热像仪和电脑，所述PLG-200高频疲劳试验机通过线缆与电脑连接，所述电脑通过线缆与红外热像仪连接，通过红外热像仪使PLG-200高频疲劳试验机上的试件形成波形图。进一步地，S3中疲劳温度随循环周次变化而变化的过程，可以分为三个阶段，即初始加载下温度急剧升高的第一阶段、载荷稳定加载后温度稳定在一个定值附近变化的第二阶段以及试件断裂时的温度陡升的第三阶段。进一步地，S9中对多个累积疲劳损伤熵熵产速率按指定规则进行划分，得到两组累积疲劳损伤熵产速率数据包括：对累积疲劳损伤熵熵产速率小于等于指定阈值的划分为一组；对累积疲劳损伤熵熵产速率大于指定阈值的划分为一组。进一步地，所述指定阈值为经验值，在本专利技术实施例中，可将该阈值设定为0.4092。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术基于FlukeTi450红外热像仪实时监测焊缝表面热点温度，建立不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次T-N的函数关系，并发现随着载荷水平的增加，第一阶段的疲劳温升逐渐增加，而疲劳寿命逐渐增加，这表明不可逆熵增的速率与疲劳极限存在一定函数关系。2、本专利技术基于热力学第二定律，将疲劳过程中焊缝表面温度、比热容、材料密度等参数纳入累积疲劳损伤熵熵产速率模型建立当中，从本质上揭露了疲劳过程是一个不可逆熵增的过程，并且证明了当试件断裂时，不同载荷水平下的试件累积疲劳损伤熵是一个定值，而其相应的累积疲劳损伤熵熵产速率却随着载荷的增加发生变化，并存在转折点。3、建立起了累积疲劳损伤熵熵产速率与载荷水平之间的函数关系，将累积疲劳损伤熵熵产速率随载荷水平变化程度的转折点，并以此转折点作为疲劳极限的预测值，实现了从疲劳损伤熵熵产速率的角度焊接接头疲劳极限的快速预测。4、采用传统的升降法对焊接接头进行了疲劳试验，并得到两种方法预测疲劳极限的误差为5.557％，具有较高的一致性，能够实现焊接接头疲劳极限的快速预测。附图说明图1为本专利技术实施例提供的Q460低碳钢对接接头几何尺寸；图2为本专利技术实施例提供的一种基于累积疲劳损伤熵产速率快速预测对接接头疲劳极限方法的疲劳试验测温系统；图3为本专利技术实施例提供的一种基于累积疲劳损伤熵产速率快速预测对接接头疲劳极限方法的的流程示意图；图4本专利技术实施例提供的疲劳试样在载荷水平为330MPa时的一种典型的疲劳温升与循环周次关系曲线图；图5为本专利技术实施例提供的劳试样在不同载荷水平下的疲劳温升与循环周次关系曲线图；图6为本专利技术实施例提供的试件在不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵产对比图；图7为本专利技术实施例提供的试件在不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵产速率与载荷水平的关系图；图8为本专利技术实施提供的采用传统的升降法预测对接接头疲劳极限。图中：1、PLG-200高频疲劳试验机；2、红外热像仪；3、电脑；4、试件。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，包括如下步骤：S1：利用对接接头试件在PLG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：利用对接接头试件在PLG-200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，指定寿命2×10

【技术特征摘要】
1.基于疲劳损伤熵熵产速率焊接接头疲劳极限快速预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用对接接头试件在PLG-200高频疲劳试验机上进行疲劳试验，指定寿命2×106次；
S2：疲劳试验过程中对接接头的温升测量：在对接接头表面均匀地喷上一层黑色哑光漆，以提高其表面发射率，在对焊接接头进行疲劳试验的过程中，采用FlukeTi450红外热像仪实时监测焊缝表面局部热点温度；
S3：温升数据处理：借助于Smartview软件对温度数据进行输出和处理，基于Origin软件绘制不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次的曲线图，建立不同载荷水平下的实时温度变化与循环周次T-N的函数关系；
S4：建立对接接头累积疲劳损伤熵模型：综合已获得的不同载荷水平下T-N函数关系、比热容和材料密度等材料参数建立累积损伤对接接头疲劳疲劳损伤熵数学模型，并计算不同载荷水平下试件断裂时的累积疲劳损伤熵，验证不同载荷水平下的试件其累积疲劳损伤熵是一个定值；
S5：基于累积损伤熵熵产速率的焊接接头疲劳极限快速预测数学模型初步建立：依据不同载荷水平下对接接头累积疲劳损伤熵是一个定值这一事实，得到不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵熵产速率；
S6：然后将不同载荷水平下的累积疲劳损伤熵熵产速率数据分为两组，线性拟合两组累积疲劳损伤熵熵产速率和载荷水平的函数图形，其中载荷水平为横坐标、累积疲劳损伤熵熵产速率为纵坐标；
S7：获取两线性拟合函数之间的交点，该交点即为对接接头疲劳极限预测值；
S8...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，孙屹博，杨鑫华，孙晓峰，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21