多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法及其應用的製作方法

2023-05-31 02:09:26 1

多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟進行：S1、在單元表面確定特定點和搜索空間，並確定所述特定點在所述搜索空間中每一搜索坐標系下的應力、應變張量歷程；S2、根據步驟S1中確定的應力和應變張量歷程採用疲勞算法計算所述特定點在每個搜索坐標系下的累積損傷或安全係數；S3、比較所有搜索坐標系的累積損傷或安全係數，將累積損傷最大或安全係數最小相應載荷的方向輸出為最損傷載荷方向。本發明可確定單元的最損傷載荷方向，減少搜索的盲目性，減少計算量，提高搜索速度。
【專利說明】多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法及其應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及最損傷載荷方向的確定方法，具體涉及多軸疲勞的最損傷載荷方向的 確定方法。

【背景技術】
[0002] 由於結構本身承受多軸組合載荷的同步或不同步作用，或者結構本身形狀複雜， 使得即使在單軸受力下局部仍會出現多軸應力狀態，所以在實際工程中，非比例多軸疲勞 是一種普遍的現象。對於非比例多軸載荷，主應力往往隨時間變化，從而導致疲勞損傷的方 向不易找到。現有的多軸疲勞分析方法中等效應變法、能量法忽略了疲勞損傷的方向性，臨 界面法以承受最大切應變的平面為臨界平面，該方法認為最大切應變平面上的循環切應變 和法向正應變是導致疲勞損傷的因素，雖然考慮到引起損傷的危險面，但對於載荷歷程中 循環切應變和法向正應變方向隨機變動的情況，無法給出最損傷方向。同時對於那些不符 合最大切應變為臨界平面的狀況，這種臨界平面方法將無法適用。


【發明內容】

[0003] 發明目的：本發明目的在於針對現有技術的不足，提供精確定位非比例多軸損傷 的方向、適應受力隨機變動情況的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法。
[0004] 技術方案：本發明所述多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟進 行：
[0005] S1、在單元表面確定特定點和搜索空間，並確定所述特定點在所述搜索空間中每 一搜索坐標系下的應力、應變張量歷程；
[0006] S2、根據步驟Sl中確定的應力和應變張量歷程採用疲勞算法計算所述特定點在 每個搜索坐標系下的累積損傷或安全係數；
[0007] S3、比較所有搜索坐標系的累積損傷或安全係數，將累積損傷最大或安全係數最 小相應荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
[0008] 本發明技術方案的進一步限定為，對單元的自由面進行搜索時，步驟Sl中，確定 的特定點為各自由面的中心點，確定的搜索空間為根據預定的搜索區域和搜索密度確定。
[0009] 進一步地，對單元的自由面進行搜索時，步驟Sl中對各自由面中心點的應力、應 變張量歷程的計算步驟如下：
[0010] Zyl、提取自由面中心點的測量坐標系0-xyz,及自由面中心點在所述測量坐標系 下的應力應變歷程，確定各個歷程點自由面中心點在測量坐標系的應力應變張量；
[0011] Zy2、確定搜索空間：提取預設的搜索區域參數0和A 0，以及搜索密度參數 A ct，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz坐標系在〇點繞z軸轉0角度得 到的搜索起始位置坐標軸，x_e、y_e是o_x_s，y_s，z_s坐標系在〇點繞z軸轉A 0角度得 到的搜索終止位置坐標軸，搜索空間是在以〇_x_s和〇-x_e為邊界，以A a為增量的N個 坐標系列；
[0012] Zy3、計算搜索空間各個坐標系與測量坐標系各軸的方向餘弦；
[0013] Zy4、計算自由面中心在第n個搜索坐標系下的應力、應變張量歷程。
[0014] 進一步地，對單元的指定面進行搜索時，步驟Sl中，確定的特定點為指定面上的 任意點，確定的搜索空間為根據搜索麵、搜索區域和搜索密度確定。
[0015] 進一步地，對單元的指定面進行搜索時，步驟Sl中對特定點的應力、應變張量歷 程的計算步驟如下：
[0016] Zdl、提取特定點〇的原始坐標系，及特定點〇在原始坐標系下的應力應變歷程，確 定各個歷程中特定點〇在該原始坐標系的應力應變張量；
[0017] Zd2、確定搜索空間：提取指定面坐標系o-xyz作為測量坐標系，根據預設的搜索 區域參數0和A 0，以及搜索密度參數A a，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是 o-xyz坐標系在〇點繞z軸轉0角度得到的搜索起始位置坐標軸，x_e、y_e是o_x_s, y_ s，z_s坐標系在〇點繞z軸轉A 0角度得到的搜索終止位置坐標軸，搜索空間是在以〇-x_ s和o_x_e為邊界，以A a為增量的N個坐標系列；
[0018] Zd3、計算搜索空間各搜索坐標系與原始坐標系各軸的方向餘弦；
[0019] Zd4、計算〇點在第n個搜索坐標系下的應力應變張量歷程。
[0020] 有益效果：本發明提供的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，通過對疲勞算 法計算單元所有搜索坐標系的累積損傷或安全係數，有效的確定單元的最損傷載荷方向； 同時，本發明可選擇搜索麵，提高搜索的靈活性；本發明可控的損傷區域設定，減少搜索的 盲目性，減少計算量，提高搜索速度，同時，可控的搜索密度設定，能夠依據搜索密度選擇快 速搜索或高精度搜索；本發明適用能力強，對於結構裂紋萌生階段的疲勞耐久性能以及改 進結構設計具有非常重要的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為實施例1提供的單元自由面多軸疲勞的最損傷方向的定位方法的流程圖；
[0022] 圖2為實施例2提供的單元指定面多軸疲勞的最損傷方向的定位方法的流程圖；
[0023] 圖3為實施例1中各個歷程點自由面中心點在測量坐標系的應力應變張量的坐標 系不意圖；
[0024] 圖4為實施例1中搜索空間各個坐標系與測量坐標系各軸的方向餘弦的坐標系示 意圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面通過附圖對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於 所述實施例。
[0026] 根據結構的裂紋往往萌生於表面的實際現象，在自由表面進行可控設置的搜索， 通過掃掠搜索區域的損傷累積，給出"最損傷"的受力方向，同時給出結構任意位置任意平 面的搜索，可以找到結構中任意位置的最損傷方向，"最損傷"方向對於了解裂紋萌生階段 結構的疲勞耐久性能以及改進結構設計具有非常重要的作用。
[0027] 本發明應用疲勞算法，提供多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟 進行：
[0028] S1、在單元表面確定特定點和搜索空間，並確定所述特定點在所述搜索空間中每 一搜索坐標系下的應力、應變張量歷程；
[0029] S2、根據步驟Sl中確定的應力和應變張量歷程採用疲勞算法計算所述特定點在 每個搜索坐標系下的累積損傷或安全係數；
[0030] S3、比較所有搜索坐標系的累積損傷或安全係數，將累積損傷最大或安全係數最 小相應荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
[0031] 下面結合單元的自由面和指定面進行多軸疲勞的最損傷方向的定位進行分別詳 述。
[0032] 實施例1 :
[0033] 本實施例針對單元的自由面進行搜索，其流程圖如圖1所示，具體步驟如下：
[0034] S1、在單元表面確定特定點和搜索空間，並確定所述特定點在所述搜索空間中每 一搜索坐標系下的應力、應變張量歷程；
[0035] 對單元的自由面進行搜索時，步驟Sl中，確定的特定點為各自由面的中心點，確 定的搜索空間為根據預定的搜索區域和搜索密度確定。
[0036] 對各自由面中心點的應力、應變張量歷程的計算步驟如下：
[0037] Zyl、提取自由面中心點的測量坐標系o-xyz,及自由面中心點在所述測量坐標系 下的應力應變歷程，確定各個歷程點自由面中心點在測量坐標系的應力應變張量。
[0038] 應力應變歷程如表1所示：
[0039] 表 1 :
[0040]

【權利要求】
1. 多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特徵在於，按如下步驟進行： 51、 在單元表面確定特定點和搜索空間，並確定所述特定點在所述搜索空間中每一搜 索坐標系下的應力、應變張量歷程； 52、 根據步驟S1中確定的應力和應變張量歷程採用疲勞算法計算所述特定點在每個 搜索坐標系下的累積損傷或安全係數； 53、 比較所有搜索坐標系的累積損傷或安全係數，將累積損傷最大或安全係數最小相 應荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
2. 根據權利要求1所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特徵在於，對單 元的自由面進行搜索時，步驟S1中，確定的特定點為各自由面的中心點，確定的搜索空間 為根據預定的搜索區域和搜索密度確定。
3. 根據權利要求2所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特徵在於，對單 元的自由面進行搜索時，步驟S1中對各自由面中心點的應力、應變張量歷程的計算步驟如 下： Zyl、提取自由面中心點的測量坐標系o-xyz,及自由面中心點在所述測量坐標系下的 應力應變歷程，確定各個歷程點自由面中心點在測量坐標系的應力應變張量； Zy2、確定搜索空間：提取預設的搜索區域參數0和A 0，以及搜索密度參數A a，形 成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz坐標系在〇點繞z軸轉0角度得到的搜索 起始位置坐標軸，x_e、y_e是o_x_s，y_s，z_s坐標系在〇點繞z軸轉A 0角度得到的搜 索終止位置坐標軸，搜索空間是在以〇_x_s和o_x_e為邊界，以A a為增量的N個坐標系 列； Zy3、計算搜索空間各個坐標系與測量坐標系各軸的方向餘弦； Zy4、計算自由面中心在第n個搜索坐標系下的應力、應變張量歷程。
4. 根據權利要求1所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特徵在於，對單 元的指定面進行搜索時，步驟S1中，確定的特定點為指定面上的任意點，確定的搜索空間 為根據搜索麵、搜索區域和搜索密度確定。
5. 根據權利要求4所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特徵在於，對單 元的指定面進行搜索時，步驟S1中對特定點的應力、應變張量歷程的計算步驟如下： Zdl、提取特定點〇的原始坐標系，及特定點〇在原始坐標系下的應力應變歷程，確定各 個歷程中特定點〇在該原始坐標系的應力應變張量； Zd2、確定搜索空間：提取指定面坐標系o-xyz作為測量坐標系，根據預設的搜索區域 參數0和A 0，以及搜索密度參數A a，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz 坐標系在〇點繞z軸轉0角度得到的搜索起始位置坐標軸,x_e、y_e是o_x_s, y_s, z_s坐 標系在〇點繞Z軸轉A 0角度得到的搜索終止位置坐標軸，搜索空間是在以〇1_8和〇1_ e為邊界，以A a為增量的N個坐標系列； Zd3、計算搜索空間各搜索坐標系與原始坐標系各軸的方向餘弦； Zd4、計算〇點在第n個搜索坐標系下的應力應變張量歷程。
【文檔編號】G06F19/00GK104392130SQ201410677398
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】張湝渭, 焦曉娟, 黎加坤 申請人:南京衍達軟體科技有限公司