含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的推导方法及应用，属于焊接技术领域，解决了如何通过工作载荷、裂纹尺寸以及接头形状求解含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的问题，以及如何使用该公式求解含I型中心裂纹对接接头的临界裂纹尺寸、临界应力以及接头剩余寿命。先通过解析法求出只考虑接头余高时的含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式，再通过有限元计算法以及对结果回归分析的方法求出考虑盖面焊道宽度和焊趾过渡圆弧半径时的应力强度因子公式，进而确定含I型中心裂纹对接接头应力强度因子公式。通过应用该公式进一步求出含I型中心裂纹对接接头的临界裂纹尺寸、临界应力以及接头剩余寿命。适用于含I型中心裂纹对接接头形式的任何材料的情况。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应力强度因子的推导方法及应用，具体涉及一种含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头应力强度因子的推导方法及应用，属于焊接
技术介绍
焊接作为一种连接手段广泛应用于结构设计中，一般采用等匹配原则(填充材料与母材强度相当)进行焊接填充材料的选择。由于其局部快速加热和冷却过程，使得焊缝区产生较大的残余拉应力，另外焊缝中容易产生气孔、裂纹等缺陷，部分区域晶粒粗大，这些都使得焊缝区的各方面承载能力低于母材的承载能力，并且焊接结构容易发生地应力脆断。如果增加焊缝余高，增加焊缝区的承载面积，即可降低焊缝区的平均应力，提高接头的承载能力。焊缝区如果存在裂纹等缺陷，就应该从断裂力学角度评价接头的承载能力。对于存在焊接裂纹并容易发生低应力脆断的焊接结构来说，当裂纹处的应力强度因子K达到材料的断裂韧度Kk时，裂纹发生失稳扩展，结构破坏。Kic是材料的固有机械性能参数，而K则通过式⑴计算。权利要求1. 一种含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的推导方法，其特征在于所述推导方法的具体过程为步骤一、解析计算只考虑焊缝余高h时的应力强度因子公式对于无穷大板、含中心穿透裂纹受均勻拉应力时的Wfestcrgacrd应力函数是2. —种权利要求1所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式的应用方法，其特征在于所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式用来确定含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头临界裂纹尺寸^； 具体步骤如下步骤一、测量焊缝材料的断裂韧度Kk ；步骤二、将接头的形状参数盖面焊道半宽W、焊缝余高h、焊趾圆弧过渡半径r以及板厚的一半t代入式(13)求出f;步骤三、建立计算含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头临界裂纹尺寸ac的公式3. —种权利要求1所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式的应用方法，其特征在于所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式用来确定含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头临界载荷σ。；具体步骤如下步骤一、建立计算含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头临界载荷σ。的公式 4. 一种权利要求1所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式的应用方法，其特征在于所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式用来确定含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头剩余寿命Nf ； 具体步骤如下步骤一、按照权利要求2求出含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头裂纹失稳扩展的临界裂纹尺寸^，计算时工作载荷ο选择最大应力；步骤二、对于η为不同情况，根据式00)与式即可求出含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头剩余寿命Nf ；其中为初始裂纹尺寸的一半，Y由式0 求得；A和η为材料固有参数，假设△ σ为常量；5. 一种权利要求1所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式的应用方法，其特征在于所述含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式用来确定含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头J积分和裂纹尖端张开位移δ ； 具体步骤如下步骤一、根据式(14)求出含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头的应力强度因子K1步骤二、根据式(18)即可求出含I型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头裂纹尖端张开位移S K'全文摘要含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的推导方法及应用，属于焊接
，解决了如何通过工作载荷、裂纹尺寸以及接头形状求解含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子的问题，以及如何使用该公式求解含I型中心裂纹对接接头的临界裂纹尺寸、临界应力以及接头剩余寿命。先通过解析法求出只考虑接头余高时的含I型中心裂纹对接接头的应力强度因子公式，再通过有限元计算法以及对结果回归分析的方法求出考虑盖面焊道宽度和焊趾过渡圆弧半径时的应力强度因子公式，进而确定含I型中心裂纹对接接头应力强度因子公式。通过应用该公式进一步求出含I型中心裂纹对接接头的临界裂纹尺寸、临界应力以及接头剩余寿命。适用于含I型中心裂纹对接接头形式的任何材料的情况。文档编号G06F17/50GK102176212SQ201010615638公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日专利技术者刘雪松, 张勇, 张敬强, 方洪渊, 杨建国, 王佳杰, 王涛, 董志波 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种含Ｉ型中心裂纹对接接头的应力强度因子的推导方法，其特征在于：所述推导方法的具体过程为：步骤一、解析计算只考虑焊缝余高ｈ时的应力强度因子公式：对于无穷大板、含中心穿透裂纹受均匀拉应力时的Ｗｅｓｔｃｒｇａｃｒｄ应力函数是：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；ｚ（／ｍｉ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）５（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中：σ——工作应力；ｚ——复变量；ａ——中心裂纹尺寸的一半；参考（５）式，设含Ｉ型中心穿透裂纹带一定余高的对接接头形式的裂纹体受拉伸载荷作用时的应力函数为：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｃｚ（／ｍｉ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中ｃ为待定系数；通过对接接头的内外力平衡，确定待定系数ｃ；由于对接接头的对称性，取对接接头的左半部分来分析，则有（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｉ）Ｒｅ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｙＩ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｚ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ｐｒｉｍｅ；（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）｜（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｃｘ（／ｍｉ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（／ｍｓｑｒｔ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）７（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）由∑Ｙ＝０，即通过对接接头的左半部分在ｙ方向内外力的平衡，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＆Ｉｎｔｅｇｒａｌ；（／ｍｏ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｈ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｉ）ｃｘ（／ｍｉ）?（ｍｓｑｒｔ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ａ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，王涛，方洪渊，刘雪松，董志波，张勇，张敬强，王佳杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93
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