钢箱梁残余应力确定方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及桥梁施工，特别涉及一种钢箱梁残余应力确定方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、桥梁工程的梁体通常是采用现场浇筑或者是预制拼装的方式进行施工，梁体主要包括钢箱梁梁体和混凝土梁体，钢箱梁以自重轻、性能好，在顶推工艺中应用较广。而采用预制拼装的方式进行施工的过程中，顶推法是一种全新的拼装技术，顶推法的具体过程为：在桥梁桥头所在区域的陆地设置施工场地，在施工场地内进行梁体制造，完成梁体制造之后，再使用千斤顶等顶进机构将梁体顶进至桥墩上，完成梁体拼装施工。

2、在进行钢箱梁的焊接过程中，由于焊接时的温度等因素的影响，会使得钢箱梁的各焊接位置存在残余应力。然而，现有技术中，在对钢箱梁进行焊接之后，由于无法准确确定钢箱梁的残余应力，也就使得后续进行残余应力消除时，无法有效消除钢箱梁的残余应力，影响钢箱梁的结构安全性。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种钢箱梁残余应力确定方法、装置、设备及介质，旨在解决相关技术中在对钢箱梁进行焊接之后，由于无法准确确定钢箱梁的残余应力，也就使得后续进行残余应力消除时，无法有效消除钢箱梁的残余应力，影响钢箱梁的结构安全性的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提出的一种钢箱梁残余应力确定方法，包括如下步骤：

3、根据所述钢箱梁的结构参数信息，建立与所述钢箱梁相对应的结构分析模型；其中，所述结构分析模型包括多个阵列布置的拼接单元，任意相邻的两个所述拼接单元之间均形成有第一焊接位置，所述拼接单元包括梁体板，所述梁体板的下方设置有多个沿所述钢箱梁的宽度方向相邻且阵列设置的u肋，各所述u肋均沿所述钢箱梁的长度方向贯穿所述钢箱梁，且所述梁体板与各所述u肋接触的位置均形成有第二焊接位置；

4、获取分析所述钢箱梁的残余应力的分析指令；其中，所述分析指令包括所述钢箱梁的分析选项、所述钢箱梁的几何结构模型、对所述几何结构模型进行约束的边界条件指令、目标约束条件指令以及目标约束参数指令；

5、对所述结构分析模型执行所述分析指令，以得到约束模型；

6、进行加载作业以及求解，得到当前结果；

7、判断所述当前结果是否满足预设要求；

8、当所述当前结果满足所述预设要求时，则输出所述当前结果，得到所述钢箱梁的残余应力。

9、可选地，所述获取分析所述钢箱梁的残余应力的分析指令的步骤，包括：

10、根据已知边界上的温度值，确定第一边界条件；其中，所述第一边界条件使用公式二表示，所述公式二为：

11、ts＝ts(x,y,z,t)；

12、ts为钢箱梁表面处s点的瞬时温度；t为时间；

13、根据已知边界上的热流密度分布情况，确定第二边界条件；其中，所述第二边界条件使用公式三进行表示，所述公式三为：

14、

15、λ表示热传导系数；表示沿法线方向对温度梯度求导数值；qs表示热流密度；

16、根据已知标记上物体模型与周围介质之间的热交换情况，确定第三边界条件；其中，所述第三边界条件使用公式四进行表示，所述公式四为：

17、

18、ɑ表示传热系数；t表示箱梁内部某一点温度；

19、结合所述第一边界条件、所述第二边界条件以及所述第三边界条件，得到分析所述钢箱梁的残余应力的所述分析指令。

20、可选地，所述进行加载作业以及求解，得到当前结果的步骤，包括：

21、建立对所述约束模型进行温度场加载作业的加载模型并将所述加载模型加载至所述约束模型；其中，所述加载模型采用公式一表示，所述公式一为：

22、

23、ρ、c、λ均为温度的函数，ρ为材料的密度，所述c为材料的比热容，所述λ为材料的热导率，表示内热源的强度，t表示温度分布函数；

24、求解所述加载模型，得到所述当前结果。

25、可选地，在所述求解所述加载模型，得到所述当前结果的步骤之前，还包括：

26、获取所述加载模型的空间域信息以及时间域信息；

27、所述求解所述加载模型，得到所述当前结果的步骤，包括：

28、采用有限元法和有限元差分法对所述空间域信息进行求解，得到第一求解值；

29、采用有限元法和有限元差分法对所述时间域信息进行求解，得到第二求解值；

30、结合所述第一求解值以及所述第二求解值，得到所述当前结果。

31、可选地，所述采用有限元法和有限元差分法对所述空间域信息进行求解，得到第一求解值的步骤，包括：

32、采用有限元法和有限元差分法将所述空间域信息进行空间域离散处理，以转换为第一线性方程组；其中，所述第一线性方程组采用公式五进行表示，所述公式五为：

33、t＝[n]{t}；

34、[n]表示形函数，{t}表示节点温度向量；

35、使用伽辽金法对所述第一线性方程组进行变化得到公式六；其中，所述公式六为：

36、

37、[k]表示热传导矩阵，[k]＝∑([k1]e+[k2]e)，

38、[c]表示比热容矩阵，[c]＝∑[c]e，

39、p}表示热流向量，{p}＝∑({p1}e+{p2}e+{p3}e)，

40、利用加权余量法结合所述公式六进行求解，得到所述第一求解值。

41、可选地，所述采用有限元法和有限元差分法对所述时间域信息进行求解，得到第二求解值的步骤，包括：

42、在预设时间域内，将所述时间域信息划分为多个时间步长；其中，每个所述时间步长内对应一个单元温度向量，所述预设时间为0≤t≤t；

43、针对每一个所述单元温度向量，按照泰勒级数展开，得到公式七以及公式八；其中，所述公式七为：

44、{t}t+δt＝θ{t}t+δt+(1-θ){t}t+o(δt)2；

45、所述公式八为：

46、

47、通过有限差分法对焊接过程的时间域进行离散，在时间域0≤t≤t内,δt为若干个时间步长，将单元温度向量按照泰勒级数展开；t为温度；t为时间节点；

48、根据所述公式七以及所述公式八，得到公式九；其中，所述公式九为：

49、

50、单元比热矩阵[cθ]和刚度矩阵[kθ]是根据温度向量t(t+δt)计算得到的，通过此过程可以将温度场一阶非线性微分方程转变为线性方程组来求解；θ决定不同的差分格式喷；

51、利用所述公式九，采用有限元法和有限元差分法对所述时间域信息进行求解，得到第二求解值。

52、可选地，所述利用所述公式九，采用有限元法和有限元差分法对所述时间域信息进行求解，得到第二求解值的步骤，包括：

53、利用所述公式九，采用有限元法和有限元差分法对所述时间域信息进行求解，得到多个当前求解值；

54、从多个所述当前求解值中筛选出目标差分格式结果；

55、采用newton-raphson法对所述目标差分格式结果进行循环迭代，直至求解过程完全收敛，得到所述第二求解值。

56、基于相同的技术构思，第二方面，本发明提出一种钢箱梁残余应力确定装置，包括：

57、建模模块，用于根据所述钢箱梁的结构参数信息，建立与所述钢箱梁相对应的结构分析模型；

58、指令获取模块，用于获取分析所述钢箱梁的残余应力的分析指令；

59、执行模块，用于对所述结构分析模型执行所述分析指令，以得到约束模型；

60、作业模块，用于进行加载作业以及求解，得到当前结果；

61、判断模块，用于判断所述当前结果是否满足预设要求；

62、输出模块，用于当所述当前结果满足所述预设要求时，则输出所述当前结果，得到所述钢箱梁的残余应力。

63、基于相同的技术构思，第三方面，本发明提出一种钢箱梁残余应力确定控制设备，所述钢箱梁残余应力确定控制设备包括处理器和存储器，所述存储器上存储有钢箱梁残余应力确定程序，所述钢箱梁残余应力确定程序被所述处理器执行时，实现第一方面所述的钢箱梁残余应力确定方法。

64、基于相同的技术构思，第四方面，本发明提出一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现第一方面所述的钢箱梁残余应力确定方法。

65、本发明技术方案通过根据钢箱梁的结构参数信息，建立与钢箱梁相对应的结构分析模型，然后获取分析钢箱梁的残余应力的分析指令，对结构分析模型执行分析指令，以得到约束模型，接下来再进行加载作业以及求解，得到当前结果，获得当前结果后再判断当前结果是否满足预设要求，最后当当前结果满足预设要求时，则输出当前结果，得到钢箱梁的残余应力，使得本发明在使用时，可以采用判断获取得到当前结果是否满足预设要求的方式确定出当前结果是否为该钢箱梁的残余应力，进而使得本发明能够准确地确定出钢箱梁的残余应力，为后续进行残余应力消除时提供了有效保障，确保了钢箱梁的结构安全性。