【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于金属学，特别是关于一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定方法。
技术介绍
1、尽管高强度螺栓在海洋环境中的应用已日益普及，但现有技术在处理螺栓的氢脆问题上存在一定局限性。由于海洋环境的特殊性，如直接接触海水和复杂的电化学反应，高强度螺栓在使用过程中容易发生氢吸收现象。这种氢吸收不仅降低了螺栓的疲劳强度，还加速了疲劳裂纹的扩展速度，从而严重影响其性能和可靠性。
2、本专利技术针对的是如油缸螺栓(m42)、叶根螺栓(m56)和轴法兰螺栓(m60)等三种典型的高强度螺栓。这些螺栓通常通过一定的拧紧力矩安装，并采用多种措施以增强其密封性和耐腐蚀性，如螺栓端面的密封胶、倒角处的密封圈以及螺纹处的二硫化钼粉剂处理。尽管这些处理方法可以在一定程度上缓解氢脆问题，但在高压油环境(如0.3mpa)和海水直接接触的双重条件下，这些高强度螺栓的氢致失效风险依然显著。
3、因此，针对海洋环境下高强度螺栓的应用背景，本专利技术旨在提出一种有效的充氢参数确定方法，以提高这些关键紧固件的性能和安全性。
技术实现思路
1、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2、步骤a：选择一组初始的充氢参数t0和i0，计算目标函数f1(t0,i0)和f2(t0,i0)的值；
3、步骤b：在当前解的邻域中随机选择一组新的充氢参数t′和i′，计算目标函数f1(t′,i′)和f2(t′
4、步骤c：如果新的解在至少一个目标函数上的值比当前的解好，并且在所有目标函数上的值都不比当前的解差，则将t0和i0更新为t′和i′；否则，t0和i0保持不变；
5、步骤d：如果满足预设的终止条件，则停止迭代，输出当前的解t0和i0；否则，就返回步骤b，继续迭代搜索。
6、在一优选的实施方式中，所述预设的终止条件包括迭代次数达到预设的最大值，或者目标函数的值在一定次数的迭代中没有明显改善。
7、在一优选的实施方式中，f1(t0,i0)是氢含量浓度目标函数，其中，f1(t,i)＝-c(t,i)；
8、其中，f2(t0,i0)是氢结合能目标函数，其中，f2(t,i)＝-b(t,i)。
9、在一优选的实施方式中，氢含量浓度由如下公式确定：
10、
11、其中，it是某t时刻的电流值，i∞是氢渗透达到稳态时的电流值，l是试样的厚度，d是氢在钢中的扩散系数，t是阴极充氢的时间；
12、给定电流密度i和充氢时间t，氢浓度c通过以下公式计算：
13、
14、其中，it是通过氢渗透模型计算得到的某t时刻的电流值。
15、在一优选的实施方式中，氢结合能由如下公式确定：
16、
17、其中，μ是化学势，μ0是初始状态下的化学势，等效于c0，k是boltzma nn常数，t是温度，hij是每个氢原子的膨胀张量，σij是总的应力张量；
18、结合能可以通过应力诱导氢扩散的模型计算得到。具体来说，给定电流密度i，充氢时间t和目标氢含量浓度c0，结合能wint可以通过以下公式计算：
19、wint＝-σ(c-c0)vh
20、其中，c是通过氢渗透模型计算得到的氢浓度，σ是总的应力张量，vh是氢的摩尔体积。
21、本专利技术提供了一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定系统，其特征在于，系统包括存储器以及处理器，存储器中存储有处理器可执行指令，在由处理器执行时，指令使得处理器执行以下操作：
22、步骤a：选择一组初始的充氢参数t0和i0，计算目标函数f1(t0,i0)和f2(t0,i0)的值；
23、步骤b：在当前解的邻域中随机选择一组新的充氢参数t′和i′，计算目标函数f1(t′,i′)和f2(t′,i′)的值；
24、步骤c：如果新的解在至少一个目标函数上的值比当前的解好，并且在所有目标函数上的值都不比当前的解差，则将t0和i0更新为t′和i′；否则，t0和i0保持不变；
25、步骤d：如果满足预设的终止条件，则停止迭代，输出当前的解t0和i0；否则，就返回步骤b，继续迭代搜索。
26、本专利技术提供了根据权利要求6的系统，其中，预设的终止条件包括迭代次数达到预设的最大值，或者目标函数的值在一定次数的迭代中没有明显改善。
27、本专利技术提供了根据权利要求7的系统，其中，f1(t0,i0)是氢含量浓度目标函数，其中，f1(t,i)＝-c(t,i)；
28、其中，f2(t0,i0)是氢结合能目标函数，其中，f2(t,i)＝-b(t,i)。
29、本专利技术提供了根据权利要求8的系统，其中，氢含量浓度由如下公式确定：
30、
31、其中，it是某t时刻的电流值，i∞是氢渗透达到稳态时的电流值，l是试样的厚度，d是氢在钢中的扩散系数，t是阴极充氢的时间；
32、给定电流密度i和充氢时间t，氢浓度c通过以下公式计算：
33、
34、其中，it是通过氢渗透模型计算得到的某t时刻的电流值。
35、本专利技术提供了根据权利要求9的系统，其中，氢结合能由如下公式确定：
36、
37、其中，μ是化学势，μ0是初始状态下的化学势，等效于c0，k是boltzma nn常数，t是温度，hij是每个氢原子的膨胀张量，σij是总的应力张量；
38、结合能可以通过应力诱导氢扩散的模型计算得到，具体来说，给定电流密度i，充氢时间t和目标氢含量浓度c0，结合能wint可以通过以下公式计算：
39、wint＝-σ(c-c0)vh
40、其中，c是通过氢渗透模型计算得到的氢浓度，σ是总的应力张量，vh是氢的摩尔体积。
41、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点，本专利的方法不仅提高了高强度螺栓的性能和安全性，而且具有良好的实用性和操作性，适用于实际的工业生产环境，特别是在船舶和海洋工程等领域的应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设的终止条件包括迭代次数达到预设的最大值，或者目标函数的值在一定次数的迭代中没有明显改善。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，f1(T0,I0)是氢含量浓度目标函数，其中，f1(T,I)＝-C(T,I)；
4.根据权利要求3所述的方法，其中，氢含量浓度由如下公式确定：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，氢结合能由如下公式确定：
6.一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定系统，其特征在于，所述系统包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有处理器可执行指令，在由处理器执行时，所述指令使得所述处理器执行以下操作：
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述预设的终止条件包括迭代次数达到预设的最大值，或者目标函数的值在一定次数的迭代中没有明显改善。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，f1(T0,I0)是氢含量浓度目标函数，其中，f1(T,I)＝-C(T,I)；
...【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设的终止条件包括迭代次数达到预设的最大值，或者目标函数的值在一定次数的迭代中没有明显改善。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，f1(t0,i0)是氢含量浓度目标函数，其中，f1(t,i)＝-c(t,i)；
4.根据权利要求3所述的方法，其中，氢含量浓度由如下公式确定：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，氢结合能由如下公式确定：
6.一种基于有限元的多目标优化高强度螺栓充氢参数...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨珺柳，程鹏，吕堂祺，梁传圣，邵晨曦，周俊莹，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。