【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接接头的疲劳计算和分析评估，具体涉及一种基于内聚力模型的考虑残余应力耦合效应的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法。
技术介绍
1、焊接结构的焊后残余应力分布对其使用寿命有着较为重要的影响，例如平板对接焊，其在焊接完成后，高焊接拉应力会存在于焊缝处，在残余拉应力的影响下，焊接接头表面容易产生裂纹。随着时间的推移，裂纹会进一步扩展，严重时结构会失效或发生断裂。裂纹在扩展初期阶段，尺寸较小，扩展速率较低，容易被忽略。现有的裂纹扩展计算方法，例如扩展有限元法和虚拟裂纹闭合技术，仅适用于线弹性断裂，且无法完整模拟裂纹萌生及裂纹扩展全过程。因此，如何有效评估焊接结构裂纹萌生及疲劳裂纹扩展现象，准确计算焊接结构的裂纹萌生及疲劳裂纹扩展寿命，是需要解决的问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是针对焊接结构裂纹萌生及疲劳裂纹扩展计算，提供一种基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法。
2、技术方案：本专利技术所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，包括：
3、建立焊接结构的有限元模型；在有限元模型焊缝区域的残余应力最大处插入内聚力单元，在内聚力单元积分点处预加载焊接残余应力，并对焊接结构进行疲劳载荷加载，加载时与加载面相对的另一端面作为约束端，得到焊接结构的裂纹萌生及疲劳裂纹扩展结果。
4、焊接结构的疲劳计算分析较非焊接结构而言，其载荷工况更为复杂，焊后残余应力对疲劳计算的影响不容忽视。本专利技术通过建立焊接结构的有限元
5、进一步地，有限元模型通过体单元建立。
6、进一步地，残余应力最大处通过单元生死的方法，对焊接过程中产生的残余应力进行求解，评估焊接产生残余应力的大小确定。
7、进一步地，焊接结构在张力的作用下被逐渐拉伸，根据连续损伤断裂力学，裂纹尖端会存在一个微小的损伤区域，在这个区域内出现的微小孔洞或者间断的微观裂纹会使材料损失掉部分承载面积，当这些相对独立的裂纹和孔洞相互连结，致使材料发生开裂并形成新的裂纹尖端，促使裂纹向前扩展。
8、内聚力模型将损伤区域的界面应力σ定义为其界面位移δ的函数：
9、
10、其中，σ表示界面应力，g(δ)表示应变能释放率，δ表示界面分离位移；
11、损伤区域即残余应力最大处。
12、进一步地，内聚力模型中，材料的应力应变本构关系由牵引分离法则表示，双线性的牵引分离法则与界面应力σ和界面位移δ有关，其法向和切向的控制方程为：
13、
14、
15、其中，σn为法向界面应力，为材料的法向临界应力，为法向初始分离位移，为法向失效位移；σs为切向界面应力；为材料的切向临界应力，为切向初始分离位移；为切向失效位移。
16、进一步地，以二次应力准则的损伤起始准则判定内聚力区的材料损伤累积是否开始，当有限元模型三个方向的最大名义应力比的平方和达到1时，材料损伤开始累积：
17、
18、其中，σn表示压缩变形状态下不发生损伤的法向界面应力，σt表示第二切向界面应力，表示第二切向临界应力；
19、当内聚力区的内聚力能g达到其临界值gc时，内聚区材料开始开裂，裂纹开始萌生：
20、
21、其中，表示法向临界内聚能，表示切向临界内聚能，gs表示ⅱ型断裂，gt表示ⅰ型断裂，η为材料参数。
22、进一步地，疲劳载荷加载时，引入准静态法，以确保加载过程中焊接结构内部力的传递与外载荷达到一个平衡。
23、进一步地，引入准静态法后的运动方程为：
24、ma＝p-i
25、其中，m为焊接结构的质量矩阵，a为加载在焊接结构的加速度矩阵，p为作用在焊接结构的载荷矩阵，i为焊接结构在承受载荷时的内力矩阵。
26、进一步地，内聚力模型法中加入粘性系数ν。
27、进一步地，焊接接头包括平板对接接头、角接接头和t型接头。
28、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：(1)本专利技术考虑焊接结构的焊后残余应力影响，通过内聚力模型对焊接结构的裂纹萌生和疲劳裂纹扩展进行计算，所得的焊接结构裂纹萌生和疲劳裂纹扩展寿命结果更加合理、准确。(2)适用于平板对接、角接和t型焊接等焊接接头的疲劳计算和分析评估，具有广泛的适用性。
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1.一种基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，有限元模型通过体单元建立。
3.根据权利要求2所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，残余应力最大处通过单元生死的方法，对焊接过程中产生的残余应力进行求解，评估焊接产生残余应力的大小确定。
4.根据权利要求1所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，内聚力模型将损伤区域的界面应力σ定义为其界面位移δ的函数：
5.根据权利要求4所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，内聚力模型中，材料的应力应变本构关系由牵引分离法则表示，双线性的牵引分离法则与界面应力σ和界面位移δ有关，其法向和切向的控制方程为：
6.根据权利要求5所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，以二次应力准则的损伤起始准则判定内聚力区的材料损伤累积是否开始，当有限元模型三个方向的最大名义应力比的平方和达到1时，材料损
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，疲劳载荷加载时，引入准静态法，以确保加载过程中焊接结构内部力的传递与外载荷达到一个平衡。
8.根据权利要求7所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，引入准静态法后的运动方程为：
9.根据权利要求7所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，内聚力模型法中加入粘性系数ν。
10.根据权利要求1所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，焊接接头包括平板对接接头、角接接头和T型接头。
...【技术特征摘要】
1.一种基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，有限元模型通过体单元建立。
3.根据权利要求2所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，残余应力最大处通过单元生死的方法，对焊接过程中产生的残余应力进行求解，评估焊接产生残余应力的大小确定。
4.根据权利要求1所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，内聚力模型将损伤区域的界面应力σ定义为其界面位移δ的函数：
5.根据权利要求4所述的基于内聚力模型的焊接接头疲劳裂纹扩展计算方法，其特征在于，内聚力模型中，材料的应力应变本构关系由牵引分离法则表示，双线性的牵引分离法则与界面应力σ和界面位移δ有关，其法向和切向的控制方程为：
6.根据权...
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