(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111359178.1 (22)申请日 2021.11.17 (71)申请人 大连交通大 学 地址 116000 辽宁省大连市沙河口区黄河 路794号 (72)发明人 周韶泽　郭硕　陈秉智　兆文忠　 (74)专利代理 机构 大连优路智权专利代理事务 所(普通合伙) 21249 代理人 宋春昕 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种焊接结构超高周疲劳主S-N曲线拟合及 寿命预测方法 (57)摘要 一种焊接结构超高周疲劳主S ‑N曲线拟合及 寿命预测方法， 包括以下步骤： 步骤一： 构建超声 疲劳试验焊接结构件有限元模型； 步骤二： 利用 瞬态分析计算超声波焊接结构 件节点力响应， 进 一步获得等效结构应力响应及其响应谱； 步骤 三： 超高周疲劳主S ‑N曲线拟合方法拟合焊接接 头超声疲劳超高周主S ‑N曲线； 步骤四： 将评估结 果以云图方式显示在模型上， 利用超声疲 劳主S‑ N曲线对焊接接头超声振动疲劳寿命做出预测评 估。 本发明对于焊接结构 件超声疲劳试验具有普 适性， 能够广泛应用于焊接结构力学分析及疲劳 寿命预测中， 提高超声焊接接头超高周疲劳寿命 预测精度， 进而减少超声疲劳试验次数从而降低 试验成本 。 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 CN 113987889 A 2022.01.28 CN 113987889 A 1.一种焊接结构超高周疲劳主S ‑N曲线拟合及寿命预测方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤一： 构建超声疲劳试验焊接结构件有限元模型； 步骤二： 利用瞬态分析计算超声波焊接结构件节点力响应， 进一步获得等效结构应力 响应， 再经雨流技术转换成为 等效结构应力响应谱， 具体如下： 2‑1： 有限元瞬态分析； 2‑2： 根据有限元结果获取有限元焊趾线处穿透焊缝厚度一侧截面节点力时域响应， 该 节点力瞬态响应时域 值{F(t)}被定义 为： {F(t)}＝[Ke]{U(t)}                      (1) 上式t为时间， {U(t)}为单 元时域响应位移 矩阵， [Ke]为单元刚度矩阵； 2‑3： 根据上步结果， 取得焊趾线处穿透焊缝板厚截面中性面的瞬态响应结构应力， 根 据(1)式获得板厚中面上的结构应力σs(t)和剪切结构应力 τs(t)瞬态响应时域 值： 上式中σs(t)、 σm(t)、 σb(t)、 Fy(t)分别是板厚中面上垂直焊趾线方向的结构应力、 膜应 力、 弯曲应力、 节点力的瞬态响应时间历程， Mx(t)是焊缝板厚中面上沿着焊趾线方向的弯 矩瞬态响应时间历 程， τs(t)、 τm(t)、 τb(t)、 Fx(t)分别是板 厚中面上沿着焊趾线方向的剪切 结构应力、 剪切膜应力、 剪切弯曲应力、 剪切节点力的瞬态响应时间历程， My(t)是焊缝板厚 中面垂直焊趾线方向的弯矩瞬态响应时间历程， d是板厚， L是结构应力 法中焊缝厚度截面 中面节点距离矩阵； 2‑5： 获取板厚中面瞬态响应等效结构应力， 定义瞬态响应载荷比修 正系数： 根据(2)至(7)， 求得等效结构应力瞬态响应值： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113987889 A 2上式中， Sσ(t)是焊缝厚度中性面上垂直焊趾线方向的瞬态响应等效结构应力， Sτ(t)是 焊缝板厚中面上沿着焊趾线方向的瞬态响应等效结构应力， m为常数； 当Sτ(t)>Sσ(t)/3时 否则 Se(t)＝Sσ(t)                 (11) β 为基于疲劳测试的法向应力和基于测试的剪切应力之间疲劳强度的比值常数。 Sσ(t)是垂直焊趾线方向的节点响应时域 等效结构应力； Sτ(t)是沿着焊趾线方向的节点响应时域剪切等效结构应力； Se(t)为节点瞬态响应的时域 等效结构应力； 为减少计算 量， 超声疲劳(2)、 (3)、 (8)、 (9)、 (10)、 (1 1)式可简化 为： 当τu>Su/3时 否则 Se＝Su               (17) 上式中， σsu、 Fyu、 Myu、 Su、 I[rσu]分别为超声振动产生共振后， 进入振幅一直保持最大的 稳定状态， 焊缝板厚中面上 的垂直焊趾线的结构应力、 节点力、 剪切节点弯矩、 等效结构应 力和载荷比修正系数的瞬态响应值， τsu、 Fxu、 Mxu、 τu、 I[rτu]分别为超声疲劳振动进入超声 稳 态， 焊缝厚度中面上的沿焊趾线方向的剪切结构应力、 剪切节点力、 节点弯矩、 剪切 等效结 构应力和剪切载荷比修 正系数的瞬态响应值。 Se为超声稳态等效结构应力； 步骤三： 超高周疲劳主S ‑N曲线拟合方法拟合焊接接头超声疲劳超高周主S ‑N曲线， 具 体如下： 3‑1： 收集已有或新做试验 超声疲劳试验数据成为拟合数据集 合； 3‑2： 获取上步每个焊接接头的结构应力应力集中系数SCF； 在超声振动条件下定义：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113987889 A 3