本發(fā)明涉及一種基于多因素融合修正的結構件剩余強度評估方法。

背景技術：

隨著社會的進步，大量設備都朝著大型化的方向發(fā)展。在這樣的背景前提下，微小的損傷就會造成巨大的損失，因此對設備或構件的剩余強度進行預測評估以掌握其實時損傷狀態(tài)是必要且緊迫的。對大型構件剩余強度造成影響的因素很多，通常包括：結構因素、應力比、平均應力、載荷類型、制造加工因素等。對構件剩余強度進行預測的研究很多，但多集中在通過單一因素的修正來提高剩余強度預測結果的精度，以實現構件運行狀態(tài)的精確評估，所以考慮因素過少且不能實現多因素條件下的同時修正所造成的預測精度較低是目前這一研究領域存在的共性問題。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是現有的剩余強度預測方法考慮因素單一，預測精度低。

本發(fā)明的具體技術方案如下，一種基于多因素融合修正的結構件剩余強度評估方法，包括以下步驟：

S1、使用有限元軟件對待測結構件進行有限元分析，獲得待測結構件的最易斷裂位置、待測結構件的最大應力值σ_max和最大應力位置附近的應力狀態(tài)分布；

S2、對待測結構件進行疲勞試驗，獲得在最大應力值σ_max下的疲勞壽命N_f；

S3、測量待測結構件的最易斷裂位置在實際工況下的實時應力值σ_cc；

S4、獲得應力集中修正系數

S5、計算待測結構件的尺寸修正參數其中f₁(l)為待測結構件的應力分布函數，f₂(l)為材料式樣的應力分布函數，L為積分路徑上的最大點距；

S6、根據待測結構件的工藝類型、待測結構件的表面強度和應力集中修正系數K_t，查表獲得待測結構件的表面質量修正參數β；

S7、計算待測結構件的實時剩余強度：

其中K_t為應力集中修正參數，σ_max為最大應力值，σ_cc為易斷裂位置的實時應力值，N_f為疲勞壽命，n為結構件實時工作總時間，ε為尺寸修正參數，β為表面質量修正參數，m為待測結構件材料的疲勞參數。

進一步，步驟S5中的應力分布函數用結構件的沿最大應力橫截面選取的積分路徑上的點與最大應力位置之間的距離l來表示：f(l_i)＝A₁+A₂l_i+A₃l_i²+A₄l_i³，其中f(l_i)為點i的應力值，l為點i與最大應力位置之間的距離，A₁,A₂,A₃,A₄為應力分布函數系數，該系數可使用Matlab軟件對應力狀態(tài)分布進行數據擬合獲得。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將結構件的疲勞壽命、應力集中、應力分布情況、制造工藝、表面強度等能夠對結構件損傷狀態(tài)造成影響的因素全部考慮在內，有效地解決現有技術存在的考慮因素單一的問題，評估結果精度得到大幅度提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

一種基于多因素融合修正的結構件剩余強度評估方法，包括以下步驟：

S1.確定待測結構件的最易斷裂位置、最大應力值和最大應力位置附近的應力狀態(tài)分布，具體為：運用pro-e軟件建立待測結構件的三維模型，并將建立的三維模型導入ANSYS有限元分析軟件中，按四面體網格對該三維模型進行網格劃分，在待測結構件的固定聯接位置施加固定約束設置，并按照經驗工況載荷對模型施加載荷，待上述有限元分析前處理完畢后，對其應力強度進行分析，獲取待測結構件的最易斷裂位置和待測結構件的最大應力值σ_max，以及最大應力位置附近的應力狀態(tài)分布，即每點的應力值與該點到最大應力位置的距離之間的關系。

S2.對待測結構件施加外力使待測結構件的應力大小為σ_max，在上述條件下進行疲勞試驗，獲得待測結構件在最大應力值下的疲勞壽命N_f。

S3.在待測結構件的最易斷裂位置布置應力采集傳感器，測量實際工況下最易斷裂位置的實時應力值σ_cc。

S4.計算應力集中修正系數K_t，將應力集中對構件剩余強度的影響量化：

S5.本發(fā)明中應力分布函數使用結構件的沿最大應力橫截面選取的積分路徑上的點與最大應力位置之間的距離l來表示，即

f(l_i)＝A₁+A₂l_i+A₃l_i²+A₄l_i³ (2)

式中f(l_i)為點i的應力值，l為點i與最大應力位置之間的距離，A₁,A₂,A₃,A₄為應力分布函數系數，可使用Matlab軟件對應力狀態(tài)分布進行數據擬合獲得。

先使用Matlab軟件對步驟S1獲得的待測結構件的最大應力位置附近的應力狀態(tài)分布進行數據擬合，獲取待測結構件的應力分布函數f₁(l)，同時運用ANSYS軟件參照ASTM E-8標準對標準中的規(guī)定尺寸的材料試樣進行有限元分析得到材料式樣的應力狀態(tài)分布，然后運用Matlab軟件對應力狀態(tài)分布進行數據擬合，獲取上述材料式樣的應力分布函數f₂(l)，計算待測結構件的尺寸修正參數：

其中L為積分路徑上的最大點距。

S6.根據待測結構件的制造工藝卡片確定待測結構件的主要工藝類型，測量待測結構件的表面強度，根據步驟S4計算得到的應力集中修正系數K_t，查詢表1獲得待測結構件對應的表面質量修正參數β，其中表1為現有的查詢表。

表1常見處理方式所對應的表面質量修正參數

S7.計算待測結構件的實時剩余強度：

其中K_t為應力集中修正參數，σ_max為最大應力值，σ_cc為易斷裂位置的實時應力值，N_f為疲勞壽命，n為結構件實時工作總時間，ε為尺寸修正參數，β為表面質量修正參數，m為待測結構件材料的疲勞參數，該參數可通過對材料進行疲勞試驗獲得。