一种含裂纹应力集中部位疲劳寿命的计算方法
申请人信息
- 申请人:合肥通用机械研究院有限公司
- 申请人地址:230031 安徽省合肥市蜀山区长江西路888号
- 发明人: 合肥通用机械研究院有限公司
专利详细信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 专利名称 | 一种含裂纹应力集中部位疲劳寿命的计算方法 |
| 专利类型 | 发明授权 |
| 申请号 | CN202311800541.8 |
| 申请日 | 2023/12/26 |
| 公告号 | CN117473839B |
| 公开日 | 2024/3/15 |
| IPC主分类号 | G06F30/23 |
| 权利人 | 合肥通用机械研究院有限公司 |
| 发明人 | 汪志福; 范志超; 牛铮; 范海俊; 朱金花; 秦宗川; 戴兴旺; 危书涛 |
| 地址 | 安徽省合肥市蜀山区长江西路888号 |
摘要文本
本发明属于高压及超高压容器的设计开发处理及失效评定领域，具体涉及一种含裂纹应力集中部位疲劳寿命的计算方法。本发明包括：确定高压及超高压容器应力集中部位的结构参数、循环载荷工况及应力集中部位初始裂纹的形状参数；分别计算初始裂纹在指定结构及载荷分布下最深点及自由表面处的应力强度因子；建立裂纹扩展速率计算模型；进行循环迭代计算，直到计算至临界裂纹深度为止；计算出裂纹扩展至临界裂纹深度的总循环次数和容许裂纹深度的总循环次数，获得许用疲劳寿命。本发明尤其适用于应力集中部位在设计及运行阶段剩余疲劳寿命的计算流程中，并具备计算过程高效简洁以及计算结果精确度高的优点，工程计算中的实用性高。
专利主权项内容
1.一种含裂纹应力集中部位疲劳寿命的计算方法，其特征在于包括以下步骤：S1.确定高压及超高压容器应力集中部位的结构参数；S2.确定高压及超高压容器的循环载荷工况；S3.获取应力集中部位初始裂纹的形状参数；S4.分别计算初始裂纹在指定结构及载荷分布下最深点及自由表面处的应力强度因子；S5.建立裂纹在循环载荷驱动作用下的裂纹扩展速率计算模型；S6.进行包含应力强度因子及裂纹扩展速率的循环迭代计算，直到计算至临界裂纹深度为止；S7.计算出裂纹扩展至临界裂纹深度的总循环次数；同时，设定安全系数，以获得容许裂纹深度的总循环次数；将前者数值的一半和后者数值相比较，较小值为许用循环次数，即许用疲劳寿命；所述步骤S4包括以下子步骤：S4.1.根据高压及超高压容器应力集中部位的结构参数及循环载荷工况，在无裂纹情况下，分别进行初始工况及末态工况下的弹性应力分析；S4.2.分别提取出初始工况及末态工况下的垂直于裂纹所在平面的应力分布数据；裂纹所在平面为最大主应力对应的主平面；S4.3.把初始工况及末态工况下的应力分布数据按照下式进行高阶多项式拟合，从而求解相应的基准拟合系数′，为整数，且0≤≤；Aiiin
式中：
为垂直于裂纹所在平面的应力，单位；MPa
为裂纹自由表面起所测得的距离，为变量，单位，且0≤≤；xmmxt
为拟合次数；n
为裂纹自由表面起至外壁的厚度，单位；tmmS4.4.根据计算获得的基准拟合系数′，由下式分别对于计算出初始工况及末态工况下的应力集中部位初始裂纹形状下的实际拟合系数：AiAi
式中：
为半椭圆形裂纹深度，单位；ammS4.5.根据下式计算应力集中部位初始裂纹的形状系数：Q
式中：为半椭圆形初始裂纹深度，单位；a0mm为半椭圆形初始裂纹长度，单位；l0mmS4.6.根据下式对应计算出应力集中部位初始裂纹最深点及自由表面处的应力强度因子：KI
式中：为裂纹表面的压力载荷；AP为应力强度因子系数，为整数，且0≤≤；Giiin～分别按下式分别计算：G4Gn1)计算应力集中部位初始裂纹最深点处的应力强度因子时，～由下式获得：G4Gn
式中：～的数值查表获得；G0G32)计算应力集中部位初始裂纹自由表面处的应力强度因子时，～由下式获得：G4Gn
式中：～的数值查表获得。G0G3