考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法和系统，包括：建立寿命预测的有效应力强度因子幅值库与其余计算所需参数。通过已知值队和线性插值法求得任意裂缝宽度下的有效应力因子幅值。联合采用裂纹分析软件与有限元软件对栓钉连接件在疲劳扩展过程中的应力强度因子进行求解。在试验室进行各参数条件组合下的腐蚀疲劳试验，通过数值分析，得到试验构件的腐蚀速率函数。对有效应力强度因子幅值调整后进行腐蚀疲劳寿命的预测。通过离散子步法逐步修正有效应力强度因子幅值，最后进行腐蚀疲劳寿命预测。本发明专利技术的优点是：将腐蚀与疲劳耦合作用对结构性能的影响考虑在内，其误差平均为25％。其误差平均为25％。其误差平均为25％。

【技术实现步骤摘要】
考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法和系统


[0001]本专利技术涉及工程力学
，特别涉及一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法和系统。

技术介绍

[0002]线弹性断裂力学指出疲劳裂纹扩展速率呈三阶段发展规律:低速率区裂纹扩展速率随应力强度因子幅度的减小急速减小；中速率区与ΔK有良好的对数线性规律，可用Paris公式描述；高速率区裂纹扩展速率较大，对疲劳寿命几乎无贡献，可忽略不计。当裂纹扩展速率处于低速率区时，可用Paris公式描述与ΔK的对应关系。腐蚀疲劳耦合作用下，曲线较纯疲劳情况有差异，这种差异经修正后即可有效预测腐蚀疲劳耦合作用下试件的腐蚀疲劳寿命。
[0003]现有技术一
[0004]郑祥隆,谢旭,李晓章,钱利芹&申永刚.(2017).钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用.土木工程学报(03),101
‑
107.doi:10.15951/j.tmgcxb.2017.03.012；
[0005]理论法预测：以疲劳裂纹扩展曲线为基础，结合研究目标腐蚀情况确定其应力强度因子幅门槛值ΔK
th
、材料参数m、C,拟合出适用于研究目标的疲劳裂纹扩展曲线(图1)。R为应力比，K
c
为临界应力强度因子。根据研究目标确定其最大裂纹深度，由式1、2计算得出腐蚀疲劳寿命。
[0006][0007]ΔK＝Δσf(a)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀr/>(2)
[0008]现有技术一的缺点
[0009]实际情况中，由于腐蚀疲劳之间具有交互作用，其裂纹扩展曲线与原曲线有一定的区别。该方法将腐蚀作用与疲劳作用分开考虑，精确度不高。
[0010]现有技术二
[0011]Wu Jieqiong,Yang Jian,Zhang Renbo,Jin Liu,Du Xiuli.Fatigue life estimating for chloride attacked RC beams using the S
‑
N curve combined with mesoscale simulation of chloride ingress[J].International Journal of Fatigue,2022(prepublish).
[0012]试验法预测：对处于腐蚀环境中的研究对象做疲劳试验，绘制出S
‑
N曲线，根据曲线得出特定应力比作用下构件的腐蚀疲劳寿命。
[0013]现有技术二的缺点
[0014]缩略语和关键术语定义
[0015]疲劳裂纹扩展曲线：描述疲劳裂纹长度a与应力强度因子幅ΔK的关系曲线；
[0016]S
‑
N曲线：表示一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线；
[0017]da/dN:裂纹扩展速率；
[0018]N:荷载循环周次；
[0019]ΔK:应力强度因子幅值；
[0020]C、m:描述材料裂纹扩展性能的基本参数，由实验确定。

技术实现思路

[0021]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法。
[0022]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0023]一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：
[0024]步骤1，确认基本参数：应力幅Δσ,应力比R,应力强度因子幅门槛值ΔK
th
,材料参数C,m,临界裂纹尺寸a
c
,腐蚀扩展速率函数f
C
(t)。
[0025]步骤2，当循环子步中初始裂纹长度a
i
‑1对应的有效应力强度因子幅值K
eff
<ΔK
th
时，疲劳裂纹不扩展，裂纹的扩展增量仅由腐蚀溶解速率决定。记裂纹扩展门槛尺寸为a
th
，则在腐蚀作用了Δa
th
后，裂纹尺寸达到a
th
，溶解时长如式1：
[0026]Δt
th
＝f
‑1(a
th
)
‑
f
‑1(a
i
‑1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0027]此后疲劳裂纹开始扩展，按照步骤(4)计算；
[0028]步骤3，当循环子步中初始裂纹长度a
i
‑1对应的K
eff
>ΔK
th
时，裂纹开始扩展，对应的裂纹扩展起始时间节点为t
i
‑1，根据腐蚀扩展速率函数有式2：
[0029]t
i
‑1＝f
‑1(a
i
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0030]在疲劳作用下该子步裂纹扩展长度为此时总裂纹长度对应的未修正有效应力强度因子为ΔK
′
eff
，其所需循环次数为与子步步长分别如式(3)、(4)：
[0031][0032][0033]在t
i
‑1～t
i
‑1+Δt
i
‑1时刻内腐蚀作用造成裂纹长度增量如式5：
[0034][0035]步骤4，将腐蚀疲劳耦合效应考虑在内，将修正后的效应力强度因子代替ΔK
′
eff
,更新寿命及步长分别如式6、7所示：
[0036][0037][0038]在疲劳作用下的t
i
‑1～t
i
‑1+Δt
′
i
‑1时刻内腐蚀作用造成裂纹长度的扩展增量也更新为式8:
[0039][0040]最终得到该子步裂纹长度扩展量为式9:
[0041][0042]步骤5，下一个子步的初始裂纹长度为上个循环子步的最终的裂纹长度，重复步骤3和4的计算，运用循环累加法，循环计算得到当裂纹长度达到a＝a
c
时所对应的载荷循环次数，通过公式10:
[0043]N
CF
＝∑N
′
F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0044]得到为腐蚀疲劳裂纹扩展总寿命N
CF
。
[0045]进一步地，所述腐蚀疲劳寿命预测方法应用于具有金属构件且与腐蚀环境相接触的工业产品领域。对于不同的结构，只需计算出材料裂纹扩展性能的材料参数即可完成腐蚀疲劳寿命预测。
[0046]本专利技术还提供了一种组合结构桥梁的腐蚀疲劳寿命预测系统，包括：
[0047]参数录入及生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑腐蚀疲劳耦合作用的腐蚀疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确认基本参数：应力幅Δσ,应力比R,应力强度因子幅门槛值ΔK
th
,材料参数C,m,临界裂纹尺寸a
c
,腐蚀扩展速率函数f
C
(t)。步骤2，当循环子步中初始裂纹长度a
i
‑1对应的有效应力强度因子幅值K
eff
<ΔK
th
时，疲劳裂纹不扩展，裂纹的扩展增量仅由腐蚀溶解速率决定。记裂纹扩展门槛尺寸为a
th
，则在腐蚀作用了Δa
th
后，裂纹尺寸达到a
th
，溶解时长如式1：Δt
th
＝f
‑1(a
th
)
‑
f
‑1(a
i
‑1)
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(1)此后疲劳裂纹开始扩展，按照步骤(4)计算；步骤3，当循环子步中初始裂纹长度a
i
‑1对应的K
eff
>ΔK
th
时，裂纹开始扩展，对应的裂纹扩展起始时间节点为t
i
‑1，根据腐蚀扩展速率函数有式2：t
i
‑1＝f
‑1(a
i
‑
1)
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(2)在疲劳作用下该子步裂纹扩展长度为此时总裂纹长度对应的未修正有效应力强度因子为ΔK
′
eff
，其所需循环次数为与子步步长分别如式(3)、(4)：，其所需循环次数为与子步步长分别如式(3)、(4)：在t
i
‑1～t
i
‑1+Δt
i
‑1时刻内腐蚀作用造成裂纹长度增量如式5：步骤4，将腐蚀疲劳耦合效应考虑在内，将修正后的效应力强度因子代替ΔK...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖林，黄雅茜，卫星，沈锐利，张弘，赵骏铭，巩明，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：