基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法与流程

本发明属于海洋工程领域，具体涉及基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法。

背景技术：

1、海工平台承载结构中缺口处的多轴疲劳寿命预测难度较大，主要由于其复杂的应力状态和加载条件。缺口处应力集中显著，导致局部高应力区的疲劳行为难以准确确定。多轴载荷作用下，疲劳裂纹的起裂方向难以预测。现有方法在建模精度和计算效率上无法同时满足实际工程需求，增加了疲劳寿命预测的复杂性。

2、在海浪环境多轴疲劳荷载的冲击作用下，海工平台承载结构缺口根部的应力状态复杂，尤其在外界的非比例加载作用下，材料的应力或应变响应与加载状态相关更是增加的问题的处理难度。另外，由于应力集中效应，缺口根部的应力梯度有时会很大，这更是增加了局部应力应变的计算或测试难度，目前已有的经典方法对于高应力梯度问题往往计算精度不够。如果使用复杂的塑性增量法进行计算的话有会导致计算负担过重，无法满足实际工程设计需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服以上的不足，在确保结构缺口处高应力梯度区精细分析的同时，也提升了其计算效率，为大型海工平台承载结构缺口处多轴疲劳寿命的精准预测提供了重要手段。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，具体步骤包括，

3、s1、采用等效应变参量方法，与下式的临界距离法相结合，

4、                    （1）

5、                         （2）

6、其中是缺口根部应力，是裂纹扩展门槛值，是疲劳极限,是临界距离长度；

7、s2、在此基础上，用缺口局部的应变作为损伤参量，如下式所示：

8、                           （3）

9、leff为与缺口尺寸无关的等效应变影响区域长度；

10、s3、为区分剪切塑性应变能与拉伸塑性应变能对疲劳寿命的不同影响，使用非比例因子以及荷载转动惯量来计算缺口附近的载荷非比例度，如下式所示

11、                     （4）

12、式中为权重因子，d为加载范围，反映加载路径特性，等效为不同方向上加载路径中的最大加载范围，ixx和iyy为针对x和y轴的转动惯量；为非比例因子；为非比例附加强化系数；

13、s4、引入权函数的概念，权函数代表着距离缺口的距离不同，权函数形式定义如下:

14、                           （5）

15、                             （6）

16、s5、是缺口件的应力集中因子，提出的临界距离法的表达式如下式所示，

17、                         （7）

18、疲劳寿命nf由如下公式计算得到，

19、                    （8）

20、本发明的进一步改进在于：公式（5）中，权函数代表着距离缺口的距离不同，应力对疲劳破坏产生的权重应该不同，并且应该满足以下几个条件：a、关于距离r单调递减；b、和缺口几何尺寸相关；c、权函数范围为；d、)。

21、本发明得进一步改进在于：公式（5）中，当缺口为零时，或者没有应力梯度影响时，权函数的值等于1。

22、本发明的进一步改进在于：公式（8）中，系统通过读取轴向力f、加载扭矩t、轴向应变和扭转应变,结合尺寸数据得到工程应力和工程应变，并据此进一步将工程应力、应变分别转化为标距段真实的应力、应变。

23、本发明的进一步改进在于：工程应力计算公式如下：

24、                       （9）

25、                  （10）

26、再通过以下公式计算标距段真实应变与真实应力，

27、                            （11）

28、                            （12）

29、本发明与现有技术相比具有以下优点：

30、本发明借鉴多轴疲劳本构方程计算中使用的非比例度计算方法以及临界距离法避免了直接针对缺口根部高应力梯度区域的分析，从而极大地简化了海工平台承载结构缺口处力学参量的计算过程。同时结合转动惯量法量化了多轴非比例加载效应，发明了基于权函数的缺口处多轴疲劳寿命预测方法。这在确保结构缺口处高应力梯度区精细分析的同时，大大地简化了寿命预测的计算流程，提升了其计算效率，临界距离法与转动惯量法共融，高效且精准地预测大型海工平台承载结构缺口处多轴疲劳寿命，为大型海工平台承载结构缺口处多轴疲劳寿命的精准预测提供了重要手段。

技术特征：

1.基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：具体步骤包括，

2.根据权利要求1所述基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述公式（5）中，权函数代表着距离缺口的距离不同，应力对疲劳破坏产生的权重应该不同，并且应该满足以下几个条件：a、关于距离r单调递减；b、和缺口几何尺寸相关；c、权函数范围为；d、)。

3.根据权利要求2所述基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述公式（5）中，当缺口为零时，或者没有应力梯度影响时，权函数的值等于1。

4.根据权利要求3所述基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述公式（8）中，系统通过读取轴向力f、加载扭矩t、轴向应变和扭转应变,结合尺寸数据得到工程应力和工程应变，并据此进一步将工程应力、应变分别转化为标距段真实的应力、应变。

5.根据权利要求4所述基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，其特征在于：所述工程应力计算公式如下：

技术总结本发明基于权函数大型海工承载缺口处多轴疲劳寿命预测方法，借鉴多轴疲劳本构方程计算中使用的非比例度计算方法以及临界距离法避免了直接针对缺口根部高应力梯度区域的分析，从而极大地简化了海工平台承载结构缺口处力学参量的计算过程。同时结合转动惯量法量化了多轴非比例加载效应，发明了基于权函数的缺口处多轴疲劳寿命预测方法。这在确保结构缺口处高应力梯度区精细分析的同时，大大地简化了寿命预测的计算流程，提升了其计算效率，临界距离法与转动惯量法共融，高效且精准地预测大型海工平台承载结构缺口处多轴疲劳寿命，为大型海工平台承载结构缺口处多轴疲劳寿命的精准预测提供了重要手段。技术研发人员：吴昊,王谙斌,苏永辉,朱军,吴帅宇受保护的技术使用者：南通泰胜蓝岛海洋工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25