一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：对母材进行循环载荷疲劳试验；代入考虑平均应力的母材疲劳预测模型中，拟合得到材料参数；采用顺次耦合法对焊接接头焊缝处进行热模拟，确定焊接过程中焊态残余应力场；基于母材的应力‑应变数据，建立循环本构模型；模拟残余应力在循环载荷下的重分布行为，模拟出最大稳态拉伸残余应力值σ

【技术实现步骤摘要】
一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法
本专利技术属于焊接接头的疲劳寿命预测
，具体涉及一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法。
技术介绍
现代工业设备趋于高产量、高参数和高效率方向发展，生产工艺日趋复杂，生产条件日益苛刻，这就导致了装备结构的服役环境日益恶劣，常常要遭受由设备频繁启停、振动或工作压力波动等因素导致的循环载荷的威胁。在结构几何不连续部位或存在初始缺陷位置，极易产生疲劳裂纹，进而引起泄露、爆炸等重大安全事故，严重影响设备的长期稳定可靠运行。焊接技术以节省成本、操作条件方便、易于实现自动化和机械化等优点，在工程结构大型化和复杂化的制造过程中得到了更加广泛的应用。但是由于受到焊接过程中局部短时高度集中热输入和快速冷却过程的影响，焊接接头部位不可避免地会产生较大的焊接残余应力。在焊接残余应力与外加循环载荷的共同作用下，焊接接头疲劳失效逐渐成为工程中较常见的失效模式。因此，明确焊接残余应力在循环载荷下的演化及其对疲劳寿命的影响，建立科学准确的焊接接头疲劳寿命预测方法，对工业装备的可靠性设计和结构完整性评估有着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法，其特征是，包括以下步骤：/n步骤1：对母材进行若干组具有不同平均应力的循环载荷疲劳试验，记录母材在循环载荷下的应力-应变数据和不同平均应力载荷下的疲劳寿命；/n步骤2：将步骤1中记录的不同平均应力载荷下母材的疲劳寿命代入考虑平均应力的母材疲劳预测模型中，拟合得到材料参数；/n步骤3：利用有限元分析软件，采用顺次耦合法对焊接接头焊缝处进行热模拟和机械模拟，确定焊接接头的焊态残余应力场；/n步骤4：基于步骤1中记录的母材的应力-应变数据，建立母材循环本构模型；/n步骤5：将步骤3中模拟得到的焊态残余应力场作为疲劳分析的初始应力应变场，通过步骤4中...

【技术特征摘要】
1.一种考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：对母材进行若干组具有不同平均应力的循环载荷疲劳试验，记录母材在循环载荷下的应力-应变数据和不同平均应力载荷下的疲劳寿命；
步骤2：将步骤1中记录的不同平均应力载荷下母材的疲劳寿命代入考虑平均应力的母材疲劳预测模型中，拟合得到材料参数；
步骤3：利用有限元分析软件，采用顺次耦合法对焊接接头焊缝处进行热模拟和机械模拟，确定焊接接头的焊态残余应力场；
步骤4：基于步骤1中记录的母材的应力-应变数据，建立母材循环本构模型；
步骤5：将步骤3中模拟得到的焊态残余应力场作为疲劳分析的初始应力应变场，通过步骤4中的循环本构模型进行疲劳分析，模拟残余应力在循环载荷下的重分布行为，确定其稳态的焊接残余应力场，得到最大稳态拉伸残余应力值σre-max；
步骤6：在考虑平均应力影响的母材疲劳寿命预测模型的基础上，将最大应力值σmax修正为不考虑残余应力时的最大应力值σmax0与最大稳态拉伸残余应力值σre-max之和，建立考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测模型。


2.如权利要求1所述的考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法，其特征是，步骤2中，考虑平均应力的母材疲劳预测模型如下所示：
N＝a×[exp(b×FP)](1)



式(2)中，N为母材疲劳寿命；σa为应力幅值；σmax为最大应力值；E为弹性模量；

为疲劳极限，通过材料的抗拉强度σb计算求得，
参数t为棘轮损伤的权重因子；
a和b为需要拟合的材料参数。


3.如权利要求2所述的考虑残余应力演化的焊接接头疲劳寿命预测方法，其特征是，步骤4中的循环本构模型包括应变分解方程、弹性方程、屈服函数方程、流动方程；
应变分解方程：在小变形条件下，主应变εt包含弹性应变εe和粘塑性应变εvp两部分，即：
εt＝εe+εvp(3)
式(3)中，弹性应变εe与应力张量σ之间满足弹性方程，即：
εe＝D-1:σ(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，解学方，王天娇，张显程，涂善东，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37