(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 202111312908.2 (22)申请日 2021.11.08 (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成 都市双流区长顺大 道一段328号 (72)发明人 庾明达　张丽屏　傅孝龙　姜露　 张瀛　杜娟　邵雪娇　邝临源　 刘贞谷　田俊　李辉　 (74)专利代理 机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人 梁田 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数 获取方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种类裂纹不连续区结构的 疲劳损伤系数获取方法及装置， 该方法包括： 采 用奇异单元网格划分法划分类裂纹尖端的网格， 并构建类裂纹尖端应力有限元模 型； 采用所述类 裂纹尖端应力有 限元模型计算距类裂纹尖端特 征距离的应力； 在瞬态载荷和外载荷条件下， 采 用编译器软件， 通过主循环瞬态极值组合和子循 环瞬态峰谷值应力 幅配对的方式计算疲劳损伤 系数。 本发 明实现了类裂纹不连续区结构的疲劳 损伤系数的计算， 且计算准确度较高； 根据计算 得到的疲劳损伤系数， 对类裂纹不连续区的疲劳 损伤进行评定。 本发明填补了类裂纹不连续区疲 劳损伤系数计算的技术手段空白， 可用于利用商 用软件对核一级设备类裂纹不连续区的工程疲 劳校核中。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114036792 A 2022.02.11 CN 114036792 A 1.一种类 裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取 方法， 其特 征在于， 该 方法包括： 采用奇异单元网格划分法划分类裂纹尖端的网格， 并构建类裂纹尖端应力有限元模 型； 采用所述类 裂纹尖端应力有限元模型计算距类 裂纹尖端特 征距离的应力； 在瞬态载荷和外载荷条件下， 采用编译器软件， 通过主循环瞬态极值组合和子循环瞬 态峰谷值应力幅配对的方式计算 疲劳损伤系数。 2.根据权利要求1所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述的采用所述类裂纹尖端应力有限元模型计算距类裂纹尖端特征距离的应力； 具 体包括： 采用所述类裂纹尖端应力有限元模型计算具有类裂纹不连续区结构在三种不同载荷 下的应力分布； 所述 三种不同载荷包括瞬态温度和内压、 机 械外载、 地震外载； 在三种不同载荷下， 分别提取距类裂纹尖端点某一特征距离d的瞬态和外载应力； 包 括： 提取距类裂纹尖端点某一特征距离d 的的周向应力， 机械外载和地震外载分别提取由外 载组合导致的特征距离d的最大应力和最小应力。 3.根据权利要求2所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述特征距离d为0.05mm， 根据所述类裂纹尖端应力有限元模型的材料不同存在差 异。 4.根据权利要求1所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述的在瞬态载荷和外载荷条件 下， 采用编译器软件， 通过主循环瞬态极值组合和子 循环瞬态峰谷值应力幅配对的方式计算 疲劳损伤系数； 具体包括： 主循环疲劳损伤系数计算： 利用编译器软件， 通过主循环瞬态极值组合进行主循环疲 劳损伤系数计算， 并更新瞬态循环 次数， 直至所有瞬态循环 次数均为0， 得到主循环疲劳损 伤系数； 子循环疲劳损伤系数计算： 利用编译器软件， 通过子循环瞬态峰谷值应力幅配对进行 子循环疲劳损伤系数计算， 得到 子循环疲劳损伤系数； 总疲劳损伤系数计算： 根据 所述主循环疲劳损伤系数、 子循环疲劳损伤系数， 计算得到 总疲劳损伤系数。 5.根据权利要求4所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述主循环疲劳损伤系数计算， 具体包括以下子步骤： 选取类裂纹不连续区结构不同周向夹角 θ， 计算各瞬态的应力极值及各瞬态组合的应 力差值； 将机械外载和地震外载的最大应力和最小应力的幅值叠加至瞬态组合的最大应力差 值中； 根据叠加后的瞬态组合中的最大应力 差值计算交变应力幅， 确定瞬态 组合中最小循环 次数； 对交变应力幅进行平均应力和塑性修正， 采用专用疲劳曲线计算主循环疲劳损伤系 数； 更新瞬态差值和瞬态循环次数， 重复执 行以上过程直至所有循环次数均为0 。 6.根据权利要求5所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述子循环疲劳损伤系数计算， 具体包括以下子步骤：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114036792 A 2确定叠加机械外载和地震外载， 对特征距离d处考虑平均应力和塑性修正后瞬态应力 的时间历程， 逐次提取修 正后瞬态应力时间历程中的峰谷值； 配对峰谷值的子循环历程， 对每个配对的子循环历程根据专用疲劳公式叠加计算第j 条瞬态的疲劳损伤系数Uj＝∑Usi， 其中， Usi指瞬态中配对的子循环历程 疲劳损伤系数； 根据疲劳损伤系数Uj， 计算子循环疲劳损伤系数。 7.根据权利要求6所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 所述总疲劳损伤系数U的计算公式为： U＝Um+Us 式中， Um为主循环疲劳损伤系数、 Us为子循环疲劳损伤系数。 8.根据权利要求1所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 其特征 在于， 该方法适用于具有由焊缝导致的类裂纹不连续区的管座贯穿件结构的疲劳损伤系数 计算。 9.一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取装置， 其特征在于， 该装置支持如权 利要求1至7中任一所述的一种类裂纹不连续区结构的疲劳损伤系数获取方法， 该装置包 括： 有限元处理模块， 用于采用奇异单元网格划分法划分类裂纹尖端的网格， 并构建类裂 纹尖端应力有限元模型； 采用所述类裂纹尖端应力有限元模型计算距类裂纹尖端 特征距离 的应力； 总疲劳损伤系数计算模块， 用于在瞬态载荷和外载荷条件下， 采用编译器软件， 通过主 循环瞬态极值组合和子循环瞬态峰谷值应力幅配对的方式计算总疲劳损伤系数。 10.根据权利要求9所述的一种类裂纹不连续 区结构的疲劳损伤系数获取装置， 其特征 在于， 所述总疲劳损伤系 数计算模块包括主循环疲劳损伤系 数计算单元、 子循环疲劳损伤 系数计算单 元和总疲劳损伤系数计算单 元； 所述主循环疲劳损伤系数计算单元， 用于利用编译器软件， 通过主循环瞬态极值组合 进行主循环疲劳损伤系 数计算， 并更新瞬态循环 次数， 直至所有瞬态循环 次数均为0， 得到 主循环疲劳损伤系数； 所述子循环疲劳损伤系数计算单元， 用于利用编译器软件， 通过子循环瞬态峰谷值应 力幅配对进行子循环疲劳损伤系数计算， 得到 子循环疲劳损伤系数； 所述总疲劳损伤系数计算单元， 用于根据所述主循环疲劳损伤系数、 子循环疲劳损伤 系数， 计算得到总疲劳损伤系数； 所述主循环疲劳损伤系数计算单 元的执行过程为： 选取类裂纹不连续区结构不同周向夹角 θ， 计算各瞬态的应力极值及各瞬态组合的应 力差值； 将机械外载和地震外载的最大应力和最小应力的幅值叠加至瞬态组合的最大应力差 值中； 根据叠加后的瞬态组合中的最大应力 差值计算交变应力幅， 确定瞬态 组合中最小循环 次数； 对交变应力幅进行平均应力和塑性修正， 采用专用疲劳曲线计算主循环疲劳损伤系 数；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114036792 A 3