CN111339699A - 基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法,该方法包括如下步骤:S1.箱型结构焊缝区域残余应力检测;S2.工况条件下结构宏观应力畸变区域系数的计算;S3.基于畸变区域系数的焊缝区域残余应力修正;S4.考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度计算;S5.基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量计算。该方法检测精度高,对于实现箱型结构重变形分布的实时评估具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及箱型结构重变形量检测领域,特别涉及基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法。
背景技术
随着社会的进步,箱型结构被越来越多的应用到大型工程机械结构中,其在使用过程中的二次变形问题越来越受到社会的关注。在这样的背景前提下,对箱型结构的重变形量进行实时预测是必要且紧迫的。大多箱型结构的检测方法往往单纯基于宏观应力或残余应力展开,存在计算准确性不高且检测效率低等缺点。如何将找出代表宏观应力与微观残余应力的关键因子,并在此基础上将二者结合来对箱型结构变形重分布进行预测是目前这一研究领域存在的共性问题。
发明内容
发明目的:本发明目的是提供基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法,该方法检测精度高。
技术方案:本发明提供基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法,包括如下步骤:
S1.箱型结构焊缝区域残余应力检测:
采用残余应力测试装置对箱型结构焊缝处每隔预设间隔取一个点i进行残余应力的测试,i=1,2,3...N,i为点的标号;获得某一点i对应XYZ三维坐标系中于X方向上的残余应力σxi、对应于Y方向上的残余应力σyi、对应于Z方向上的残余应力σzi;
箱型结构焊缝处每个测量点i的残余应力总值σri表示为:
其中,σri为箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值;βxi为箱型结构所对应的X向残余应力混合修正系数;βyi为箱型结构所对应的Y向残余应力混合修正系数;βzi为箱型结构所对应的Z向残余应力混合修正系数;Cmax(βxi,βyi,βzi)为βxi,βyi,βzi这三个参数中的最大值;i为取点的标号,i=1,2,3...N;
其中Cmax(σxi,σyi,σzi)为σxi,σyi,σzi这三个参数中的最大值;L为残余应力测量的点距;
得到箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值σri后,对焊缝上的残余应力分布函数进行拟合获得F(p)=β总·(A1P3+A2P2+A3P+A4)
其中,A1,A2,A3,A4为分布函数的拟合系数;F(p)为焊缝上残余应力分布函数;p为焊缝上任意一点距离焊缝初始点位置的距离;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S2.工况条件下结构宏观应力畸变区域系数的计算:
建立箱型结构的有限元分析模型,在有限元软件中对其进行网格划分,并按照实行工况条件输入载荷与边界约束,最后进行求解以确定箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域位置,并在有限元软件中自动生成该区域面积为A;
在实际工况条件下工作的箱型结构中,对上述通过有限元分析手段确定的最容易出现损伤的区域上选择n个均匀分布的点,并对这n个点在一段时间0到tm时间内所对应的宏观应力σqt进行测量,q为测量点的标记,q=1,2...n,t为测量的对应时间;
计算最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值:
其中,σJq为最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;tmax为Cmax(σqt)所对应的时间点;tmin为Cmin(σqt)所对应的时间点;σm为数据监测的总时间;为第q个测量点的宏观应力平均值;
然后计算工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数B
其中,A为有限元软件中箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域的面积;C(σJq)max为n个测量点宏观应力最大间隔值中的最大值;C(σJq)min为n个测量点宏观应力最大间隔值中的最小值;y为最容易出现损伤的区域的面积变量;
S3.基于畸变区域系数的焊缝区域残余应力修正:
在上述过程的基础上,基于畸变系数对焊缝区域残余应力进行修正;
计算修正后的残余应力值σc为
其中,B为工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数;i为取点的标号,i=1,2,3...N;N为残余应力测量时取点的最大值;σri为箱型结构焊缝处每测量点的残余应力总值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S4.考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度计算:
在上述过程的基础上,计算考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度D
其中,D为虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度;为为第q个测量点的宏观应力平均值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;σc修正后的残余应力值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S5.基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量计算:
在上述过程的基础上,基于宏观应力与残余应力拓度计算最容易出现损伤的区域中每个测量点的结构重变形值εq,q为测量点的标记,q=1,2,...n;
有益效果:本发明可以实现箱型结构重变形量的检测,并从基于宏观应力与残余应力拓度的角度出发来对箱型结构重变形量进行检测,从而避免了单纯依靠宏观应力或残余应力来检测整体箱型结构重变形量的局限性,更有效地提高箱型结构重变形量检测的准确性与效率。
附图说明
图1为本发明提供的基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示,本实施例基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法,该方法包括以下步骤:
S1.箱型结构焊缝区域残余应力检测:
采用X射线残余应力测试装置对箱型结构焊缝处每隔5mm取一个点i(i=1,2,3...N,i为点的标号)进行残余应力的测试,获得某一点i对应于X方向上的残余应力σx,对应于Y方向上的残余应力σy,对应于Z方向上的残余应力σz。
箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值σri可表示为:
其中,σri为箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值;σxi为箱型结构焊缝处每个测量点在X方向上的残余应力;σyi为箱型结构焊缝处每个测量点在Y方向上的残余应力;σzi为箱型结构焊缝处每个测量点在Z方向上的残余应力;βxi为箱型结构所对应的X向残余应力混合修正系数;βyi为箱型结构所对应的Y向残余应力混合修正系数;βzi为箱型结构所对应的Z向残余应力混合修正系数;Cmax(βxi,βyi,βzi)为βxi,βyi,βzi这三个参数中的最大值;i为取点的标号(i=1,2,3...N)。
其中Cmax(σxi,σyi,σzi)为σxi,σyi,σzi这三个参数中的最大值;L为X射线残余应力测量的点距。
计算得到箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值σri后,对焊缝上的残余应力分布函数进行拟合获得F(p)=β总·(A1P3+A2P2+A3P+A4) (5)
其中,A1,A2,A3,A4为分布函数的拟合系数;F(p)为焊缝上残余应力分布函数;p为焊缝上任意一点距离焊缝初始点位置的距离;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数。
S2.工况条件下结构宏观应力畸变区域系数的计算:
建立箱型结构的有限元分析模型,在有限元软件中对其进行网格划分,并按照实行工况条件输入载荷与边界约束,最后进行求解以确定箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域位置,并在有限元软件中自动生成该区域面积为A。
在实际工况条件下工作的箱型结构中,对上述通过有限元分析手段确定的最容易出现损伤的区域上选择7个均匀分布的点,并对这7个点在一段时间0到tm时间内所对应的宏观应力σqt进行测量(q为测量点的标记,q=1,2...7,t为测量的对应时间)。
计算最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值:
其中,σJq为最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;tmax为Cmax(σqt)所对应的时间点;tmin为Cmin(σqt)所对应的时间点;σm为数据监测的总时间;为第q个测量点的宏观应力平均值。
然后计算工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数B
其中,A为有限元软件中箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域的面积;C(σJq)max为7个测量点宏观应力最大间隔值中的最大值;C(σJq)min为7个测量点宏观应力最大间隔值中的最小值;y为面积变量。
S3.基于畸变区域系数的焊缝区域残余应力修正:
在上述过程的基础上,基于畸变系数对焊缝区域残余应力进行修正。
计算修正后的残余应力值σc为
其中,B为工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数;i为取点的标号(i=1,2,3...N);N为残余应力测量时取点的最大值;σri为箱型结构焊缝处每测量点的残余应力总值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数。
S4.考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度计算:
在上述过程的基础上,计算考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度D
其中,D为虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度;为为第q个测量点的宏观应力平均值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;σc修正后的残余应力值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数。
S5.基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量计算:
在上述过程的基础上,基于宏观应力与残余应力拓度计算最容易出现损伤的区域中每个测量点的结构重变形值εq(q为测量点的标记,q=1,2,...7)
Claims (5)
1.基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.箱型结构焊缝区域残余应力检测:
采用残余应力测试装置对箱型结构焊缝处每隔预设间隔取一个点i进行残余应力的测试,i=1,2,3...N,i为点的标号;获得某一点i对应XYZ三维坐标系中于X方向上的残余应力σxi、对应于Y方向上的残余应力σyi、对应于Z方向上的残余应力σzi;
箱型结构焊缝处每个测量点i的残余应力总值σri表示为:
其中,σri为箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值;βxi为箱型结构所对应的X向残余应力混合修正系数;βyi为箱型结构所对应的Y向残余应力混合修正系数;βzi为箱型结构所对应的Z向残余应力混合修正系数;Cmax(βxi,βyi,βzi)为βxi,βyi,βzi这三个参数中的最大值;i为取点的标号,i=1,2,3...N;
其中Cmax(σxi,σyi,σzi)为σxi,σyi,σzi这三个参数中的最大值;L为残余应力测量的点距;
得到箱型结构焊缝处每个测量点的残余应力总值σri后,对焊缝上的残余应力分布函数进行拟合获得F(p)=β总·(A1P3+A2P2+A3P+A4)
其中,A1,A2,A3,A4为分布函数的拟合系数;F(p)为焊缝上残余应力分布函数;p为焊缝上任意一点距离焊缝初始点位置的距离;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S2.工况条件下结构宏观应力畸变区域系数的计算:
建立箱型结构的有限元分析模型,在有限元软件中对其进行网格划分,并按照实行工况条件输入载荷与边界约束,最后进行求解以确定箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域位置,并在有限元软件中自动生成该区域面积为A;
在实际工况条件下工作的箱型结构中,对上述通过有限元分析手段确定的最容易出现损伤的区域上选择n个均匀分布的点,并对这n个点在一段时间0到tm时间内所对应的宏观应力σqt进行测量,q为测量点的标记,q=1,2...n,t为测量的对应时间;
计算最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值:
其中,σJq为最容易出现损伤的区域中每个测量点宏观应力的最大间隔值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;tmax为Cmax(σqt)所对应的时间点;tmin为Cmin(σqt)所对应的时间点;σm为数据监测的总时间;为第q个测量点的宏观应力平均值;
然后计算工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数B
其中,A为有限元软件中箱型结构焊缝处的应力分布及最容易出现损伤的区域的面积;C(σJq)max为n个测量点宏观应力最大间隔值中的最大值;C(σJq)min为n个测量点宏观应力最大间隔值中的最小值;y为最容易出现损伤的区域的面积变量;
S3.基于畸变区域系数的焊缝区域残余应力修正:
在上述过程的基础上,基于畸变系数对焊缝区域残余应力进行修正;
计算修正后的残余应力值σc为
其中,B为工况应力条件下结构宏观应力的畸变区域系数;i为取点的标号,i=1,2,3...N;N为残余应力测量时取点的最大值;σri为箱型结构焊缝处每测量点的残余应力总值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S4.考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度计算:
在上述过程的基础上,计算考虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度D
其中,D为虑工况应力峰谷效应的残余应力拓度;为为第q个测量点的宏观应力平均值;Cmax(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最大值;Cmin(σqt)为第q个测量点在0到tm时刻内所有监测宏观应力中的最小值;σc修正后的残余应力值;β总为箱型结构所对应的名义残余应力混合修正系数;
S5.基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量计算:
在上述过程的基础上,基于宏观应力与残余应力拓度计算最容易出现损伤的区域中每个测量点的结构重变形值εq,q为测量点的标记,q=1,2,...n;
2.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于:S1中,残余应力测试装置对箱型结构焊缝处每隔5mm取一个点i进行残余应力的测试。
3.根据权利要求1或2所述的预测方法,其特征在于:残余应力测试装置为X射线残余应力测试装置。
4.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于:S2至S5中,n取值为7。
5.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于:S5中,E取值为2.06×1011Pa。
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CN202010086804.3A CN111339699A (zh) | 2020-02-11 | 2020-02-11 | 基于宏观应力与残余应力拓度的箱型结构重变形量预测方法 |
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CN111241741A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-05 | 南京市特种设备安全监督检验研究院 | 一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法 |
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- 2020-02-11 CN CN202010086804.3A patent/CN111339699A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111241741A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-06-05 | 南京市特种设备安全监督检验研究院 | 一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法 |
CN111241741B (zh) * | 2020-03-25 | 2023-04-28 | 南京市特种设备安全监督检验研究院 | 一种基于残余应力影响区间修正的起重机轮轨磨损监测方法 |
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