(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 202111374180.6 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 中南林业科技大 学 地址 410004 湖南省长 沙市韶山 南路498号 申请人 长沙理工大 学 (72)发明人 王达　谭本坤　向胜涛　赵鹏鑫　 王谐　刘玉雄　 (74)专利代理 机构 长沙正奇专利事务所有限责 任公司 431 13 代理人 马强 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种随机点蚀损伤下钢-混组合结构的寿命 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种随机点蚀损伤下钢 ‑混组 合结构的寿命计算方法， 涉及桥梁工程技术领 域。 本发明通过在原始几何模型中选取待点蚀区 域， 并随机生成符合要求的点蚀参数组， 以尽可 能的模拟实际状况， 然后将该参数组进行参数化 建模， 以差布尔运算的方法形成点蚀后的钢 ‑混 组合结构模型， 基于所述点蚀后的钢 ‑混组合结 构模型， 得到应力最大的最不利蚀坑位置， 在所 述最不利点 蚀坑中插入初始 裂纹， 得到点蚀损伤 下的钢‑混组合结构断裂力学模型， 并在点蚀损 伤下的钢 ‑混组合结构断裂力学模 型中进行疲劳 裂纹扩展， 获取每次疲劳裂纹扩展对应的疲劳作 用次数， 累加得到随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结 构剩余疲劳寿命值。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114036620 A 2022.02.11 CN 114036620 A 1.一种随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 在有限元软件中建立钢 ‑混组合结构的初始几何模型， 在模型中选取待点蚀区域部 分， 生成随机点蚀坑的参数组并装配至所述待点蚀区域， 获取点蚀后的钢 ‑混组合结构模 型； 生成随机点蚀坑的参数组的方法包括： S101， 基于实际点蚀统计数据， 获取点蚀坑的半径范围及半径所服从的第一分布函数， 点蚀坑的深度范围以及深度所服从的第二分布函数； S102， 每一次随机生成一个服从所述第一分布函数的随机半径数据， 并判断所述随机 半径数据是否在点蚀坑的半径范围内； 每一次随机生成一个服从所述第一分布函数的随机 深度数据， 并判断所述 随机深度数据是否在点蚀坑的深度范围内； 每一次随机生成一个点 蚀坐标； S103， 重复步骤S102， 直至获取n个在半径范围内的随机半径数据， 以及n个在深度范围 内的随机深度数据； n个点蚀坐标； S104， 随机选取1个点蚀的坐标、 1个在半径范围内的随机半径数据以及1个在深度范围 内的随机深度数据， 形成1个随机点蚀坑的参数组； 获取n个随机点蚀坑的参数组； S2， 对点蚀后的钢 ‑混组合结构模型进行静力计算， 得到应力最大的最不利蚀坑位置， 在所述最不利点蚀坑中插 入初始裂纹， 得到点蚀损伤下的钢 ‑混组合结构断裂力学模型； S3， 进行点蚀坑内的初始裂纹应力强度因子与疲劳裂纹扩展参数的计算， 进行疲劳裂 纹扩展； S4， 获取每次疲劳裂纹扩展对应的疲劳作用次数， 累加得到随机点蚀损伤下钢 ‑混组合 结构剩余 疲劳寿命值。 2.如权利要求1所述的随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特征在于， 步骤S1中， 将随机点蚀坑的参数组装配置所述待点蚀区域的实现方式包括： 将所述初始几 何模型切分为第一剩余模型与第一子模型， 将所述待点蚀区域对应所述第一子模型， 基于 所述随机点蚀坑的参数组， 进行参数化建模并生成几何点蚀体， 将所述几何点蚀体与所述 第一子模型进行差集布尔运算， 得到第一点蚀子模型， 将所述第一点蚀子模型与所述第一 剩余模型组合 为点蚀后的钢 ‑混组合结构模型。 3.如权利要求2所述的随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特征在于， 步骤S2的具体实现方式包括： 对点蚀后的钢 ‑混组合结构模 型进行静力计算， 获取整个所述 点蚀后的钢 ‑混组合结构模型 的应力最大 的最不利 蚀坑位置， 将带有最不利 蚀坑位置的所 述第一点蚀子模型切割出来， 并在最不利点蚀坑位置插入初始裂纹， 形成第二点蚀子模型， 将所述第二点蚀子模型重新划分网格后与所述第一剩余模型合并， 得到点蚀损伤下 的钢‑ 混组合结构断裂力学模型。 4.如权利要求3所述的随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特征在于， 所述初始裂纹的插入方法包括： 采用Franc  3D软件， 导入第一点蚀子模 型， 选取半椭圆形的 初始裂纹， 设定所述半椭圆形 的长半轴长度和短半轴长度， 在所述初始裂纹的尖端生成两 个单元环， 分别为15节点奇异楔形 单元的内环以及20节点的六面体单 元外环。 5.如权利要求3所述的随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特征在于， 步骤S3的具体实现方式包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036620 A 2S301， 由公式 计算张开型裂 纹的应力强度因子值KI、 滑开型裂 纹的 应力强度因子值KII与撕开型裂纹的应力强度因子值KIII， G为剪切弹性模量， r及θ为裂纹尖 端局部柱坐标系中的两个坐标分量， u,v,ω分别为裂纹尖端任一点的径向位移、 法向位移 和切向位移； S302， 设定第一疲劳裂纹扩展速率参数m以及裂纹前端中心点的扩展步长Δamedian， 根 据公式 计算裂纹前端其 他点的扩展步长 Δai； Δ Ke q , i为 裂 纹 尖 端 点 的 有 效 应 力 强 度 因 子 幅 值 ，其 计 算 公 式 为 为裂纹尖端中心点的有效应力强度因子幅值； v*为材料的泊松比； 由公式 计算裂纹尖端点扩展的角度 θi； i为扩展步数， i＝1,2, …,t， t为裂纹扩展到穿透底板或形成宏观可见的裂纹为止的扩 展步数； S303， 设定疲劳荷载比R， 基于扩展步长Δai、 裂纹尖端点扩展的角度θi， 在Franc  3D中 对所述点蚀损伤下的钢 ‑混组合结构断裂力学模型进行疲劳裂纹的扩展。 6.如权利要求5所述的随机点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的寿命计算方法， 其特征在于， 步 骤 S4的 具 体 实 现 方式 包 括 ： 设 定 第二 疲 劳 裂纹 扩 展 速 率 参 数 C ， 由 公 式 计算点蚀损伤下钢 ‑混组合结构的剩余疲劳寿命Ni， 同时得到疲劳 裂纹的最终扩展形态， 给定N0＝0。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036620 A 3