本发明专利技术公开了一种基于粗糙集理论的焊接疲劳分析方法，具有如下步骤：S100.针对多组焊接接头疲劳试验建立至少包含：载荷属性、最大结构应力和循环次数的疲劳数据库；S200.对所述疲劳数据库中的最大结构应力计算结构应力变化范围Δσs；对Δσs和循环次数进行属性构造；生成粗糙集数据库中的决策属性值，写入粗糙集数据库；S300.所述疲劳数据库中的焊接接头基本参数作为粗糙集数据库中的条件属性值写入所述粗糙集数据库；S400.对得到的含有决策属性值和条件属性值的粗糙集数据库使用联合熵约简算法进行条件属性约简和条件属性值约简，得到粗糙集判定规则模型；应用该规则模型对新的焊接疲劳数据进行分析，得到粗糙集判别结果，完成焊接疲劳分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊接疲劳分析方法，尤其涉及。涉及专利分类号中GOlN借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料。
技术介绍
焊接是一种重要的先进制造技术，在工业生产和国民经济建设中起着非常重要的作用。焊接结构具有强度高、密封性好、结构设计灵活性高、工艺简洁、易修复等技术优势，已广泛应用于许多工业部门的金属结构制造中。焊接工艺特点及接头的几何不连续性等致使其疲劳强度远低于母材的疲劳强度，已有的研究结果表明由疲劳破坏所引起的焊接结构失效是产品使用期内失效的最主要方式。因此，焊接结构的疲劳设计及寿命预测的可靠性直接决定了其使用的安全性，特别对于高速轨道交通装备，随着车辆运行速度的不断提升，在轮轨振动激励、气动冲击等载荷的共同作用下，车辆焊接结构承受的载荷状况较常规铁道车辆变得更为复杂，这对焊接结构疲劳寿命分析的可靠性提出了更高的要求。目前焊接结构疲劳分析及预测方法主要有名义应力法、热点应力法、断裂力学法和主S-N曲线法。名义应力法是最早应用于焊接结构疲劳分析的方法，在大量理论及试验研究基础上，基于该方法所建立的S-N曲线在很多领域得到了标准化规范，钢结构设计规范(GB50017，2003)、英国BS7608:1993, AAR (北美铁路协会)机务标准手册1999、IIff (国际焊接学会)Does XII1-1539-96/XV-845-1996等焊接结构疲劳设计标准均基于名义应力法。在以上标准中，通过计算焊接结构的名义应力，并针对各种接头开展疲劳试验，进而形成针对各种焊接接头的S-N曲线。在疲劳设计阶段，基于上述标准提供的焊接接头S-N曲线，依据Miner线性累积损伤理论进行疲劳寿命评估。目前该方法在焊接结构疲劳设计方面应用较为广泛，但在工程应用过程中也显现出一定局限性。首先名义应力虽然在力学上有严格的定义，但对实际复杂结构却很难确定，而采用数值方法计算时，焊趾处奇异性造成应力计算结果的不一致，因而无法获取令人信服的应力值进行焊接结构疲劳寿命的评定；此外名义应力法是按照焊接分类的方法提供S-N曲线，而在实际工程应用中，某些焊接接头的形式和载荷等状态难以十分明确地对应到某一分类中，这样会造成在S-N曲线选择上具有主观性，因此限制了其在工程应用中的通用性。20世纪90年代，Niem1. E在名义应力法的基础上提出了基于热点应力的焊接结构疲劳评定方法，即热点应力法，该方法被写入IIW焊接结构疲劳设计文档，该文档对热点应力的表面外推方法给出了较为详细的规定，并建立了基于热点应力的S-N曲线。热点应力法在应力分析中考虑了刚度突变导致的应力集中，通过外推得到焊趾处应力，并基于该应力参数建立S-N曲线，该方法理论上可使用一条通用的热点应力S-N曲线来表征各种不同接头焊缝类别的疲劳强度，可以减少对焊接接头类别的考虑。热点应力法虽然解决了名义应力法中针对焊接接头类别的S-N曲线选择方面的主观性问题，但是热点应力的准确性依赖于外推点及外推方法的选择，而外推点的选择必须考虑到焊趾缺口效应影响区和几何应力集中效应等问题，因此难以建立统一的热点类型和外推公式。此外热点应力法同样存在着应力计算不一致性问题，也限制了其在工程中的应用。美国学者Paris在断裂力学基础上建立了焊接结构疲劳评估的断裂力学法，不同于以上两种方法，该方法针主要研究疲劳破坏的发展规律，通过检测焊缝中裂纹特征及其扩展速率对焊接结构进行寿命评估。该方法采用J-积分或应力强度因子变化范围△!(来描述每次循环下裂纹的扩展量，形成了描述裂纹扩展规律的Paris公式，建立了基于裂纹扩展分析的焊接结构寿命评估方法。断裂力学法需要已知裂纹大小、位置、形状和方向等属性，因而在构件剩余寿命评估与损伤容限设计中得到广泛应用。但同时在该寿命评估方法中，裂纹扩展与焊缝缺陷的种类、大小、分布及其受力状态等密切相关，对于实际焊接结构无法预知，因此不能用于设计阶段焊接结构疲劳性能的评定。2001年，美籍华裔科学家Pingsha Dong提出基于网格不敏感结构应力的主S-N曲线法(Mesh-1nsensitive Master S-N Curve Method),该方法通过定义对有限兀分析网格划分尺寸不敏感的结构应力计算解决了应力计算一致性问题，建立了包含接头板厚、载荷模式等影响因素的应力强度因子表达式，在大量焊接接头疲劳试验数据的基础上确定表达式中的各参数，以获得一条可以表征焊接接头疲劳寿命的主S-N曲线。基于网格不敏感结构应力的主S-N曲线法在钢材焊接结构的疲劳分析方面已经得到众多研究者的认可，并在多个领域得到广泛的应用，美国ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIIIDivision2Part5 (2007)标准和 API579-1/ASME FFS-1 2007Fitness-for_Service 标准均推荐将主S-N曲线法用于焊缝疲劳分析，该方法已经在50多个国家和地区的压力容器、输油管道、船舶、钻井平台等领域焊接结构的疲劳设计与分析中得到广泛应用，自2009年以来，在我国轨道交通装·备领域开始尝试主S-N曲线法的应用。在主S-N曲线法中，网格不敏感结构应力计算解决了焊缝应力分布有限元计算中的不一致性，但在基于裂纹扩展理论的疲劳寿命评估阶段将载荷形式进行简化处理，将材料属性、焊接工艺等因素对疲劳寿命的影响加以忽略，以上问题将会降低对焊接结构疲劳寿命分析和预测的准确性。焊接结构的疲劳寿命受多种因素耦合影响，目前的焊接疲劳分析方法在上述影响因素的分析方面相对独立，缺少相互之间的关联度，未能综合考虑各种因素的影响。本专利技术专利针对此问题，将粗糙集理论与网格不敏感结构应力计算结合，在综合分析各影响因素定量贡献的基础上建立一种新型的焊接疲劳分析方法，为焊接结构疲劳分析提供一种更准确、有效的技术手段。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制的，具有如下步骤:S100.针对多组焊接接头疲劳试验建立至少包含:焊接接头基本参数、最大结构应力和循环次数的疲劳数据库；S200.对所述疲劳数据库中的最大结构应力计算结构应力变化范围λ os;对Δ σ s和循环次数进行属性构造；生成粗糙集数据库中的决策属性值，写入粗糙集数据库；S300.所述疲劳数据库中的焊接接头基本参数作为粗糙集数据库中的条件属性值写入所述粗糙集数据库；S400.对得到的含有决策属性值和条件属性值的粗糙集数据库使用联合熵约简算法进行条件属性约简和条件属性值约简，得到粗糙集判定规则模型；应用该规则模型对新的焊接疲劳数据进行分析，得到粗糙集判别结果，完成焊接疲劳分析。步骤SlOO中所述的结构应力σ s的定义为:Os = ο m+ο h (I)其中σ m、σ b分别为焊趾处受到的膜应力和弯曲应力；定义焊线长为1，板厚为t，垂直焊趾的力为Fy，绕焊趾的弯矩为Mx，焊趾上的线力为fy，线力矩Smx，根据材料力学结构应力值σ3分量膜应力σπ、弯曲应力Ob计算公式如下:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于粗糙集理论的焊接疲劳分析方法，具有如下步骤：S100.针对多组焊接接头疲劳试验建立至少包含：焊接接头属性、载荷属性、焊接方法、最大结构应力和循环次数的疲劳数据库；S200.对所述疲劳数据库中的最大结构应力计算结构应力变化范围Δσs；对Δσs和循环次数进行属性构造；生成粗糙集数据库中的决策属性值，写入粗糙集数据库；S300.所述疲劳数据库中的焊接接头属性、载荷属性和焊接方法作为粗糙集数据库中的条件属性值写入所述粗糙集数据库；S400.对得到的含有决策属性值和条件属性值的粗糙集数据库使用联合熵约简算法进行条件属性约简和条件属性值约简，得到粗糙集判定规则模型；应用该规则模型对新的焊接疲劳数据进行分析，得到粗糙集判别结果，完成焊接疲劳分析。
【技术特征摘要】
1.一种基于粗糙集理论的焊接疲劳分析方法，具有如下步骤: S100.针对多组焊接接头疲劳试验建立至少包含:焊接接头属性、载荷属性、焊接方法、最大结构应力和循环次数的疲劳数据库； S200.对所述疲劳数据库中的最大结构应力计算结构应力变化范围Λ os;对Λ Os和循环次数进行属性构造；生成粗糙集数据库中的决策属性值，写入粗糙集数据库； S300.所述疲劳数据库中的焊接接头属性、载荷属性和焊接方法作为粗糙集数据库中的条件属性值写入所述粗糙集数据库； S400.对得到的含有决策属性值和条件属性值的粗糙集数据库使用联合熵约简算法进行条件属性约简和条件属性值约简，得到粗糙集判定规则模型；应用该规则模型对新的焊接疲劳数据进行分析，得到粗糙集判别结果，完成焊接疲劳分析。2.根据权利要求1所述的一种基于粗糙集理论的焊接疲劳分析方法，其特征还在于: 步骤SlOO中所述的最大结构应力计算方法如下: 结构应力0 s的定义为:3.根据权利要求1所述的一种基于粗糙集理论的焊接疲劳分析方法，其特征还在于所述步骤S200具体包含步骤: S210:根据所述数据库中的最大结构应力和应力比计算得出所述疲劳数据库中各组数据的结构应力变化范围Aos; S220:将所述疲劳循环次数和结构应力变化范围Λ (...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨鑫华，孙屹博，邹丽，任锐铭，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：
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