多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟進(jìn)行：S1、在單元表面確定特定點(diǎn)和搜索空間，并確定所述特定點(diǎn)在所述搜索空間中每一搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程；S2、根據(jù)步驟S1中確定的應(yīng)力和應(yīng)變張量歷程采用疲勞算法計(jì)算所述特定點(diǎn)在每個(gè)搜索坐標(biāo)系下的累積損傷或安全系數(shù)；S3、比較所有搜索坐標(biāo)系的累積損傷或安全系數(shù)，將累積損傷最大或安全系數(shù)最小相應(yīng)載荷的方向輸出為最損傷載荷方向。本發(fā)明可確定單元的最損傷載荷方向，減少搜索的盲目性，減少計(jì)算量，提高搜索速度。
【專利說(shuō)明】多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及最損傷載荷方向的確定方法，具體涉及多軸疲勞的最損傷載荷方向的 確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于結(jié)構(gòu)本身承受多軸組合載荷的同步或不同步作用，或者結(jié)構(gòu)本身形狀復(fù)雜， 使得即使在單軸受力下局部仍會(huì)出現(xiàn)多軸應(yīng)力狀態(tài)，所以在實(shí)際工程中，非比例多軸疲勞 是一種普遍的現(xiàn)象。對(duì)于非比例多軸載荷，主應(yīng)力往往隨時(shí)間變化，從而導(dǎo)致疲勞損傷的方 向不易找到?，F(xiàn)有的多軸疲勞分析方法中等效應(yīng)變法、能量法忽略了疲勞損傷的方向性，臨 界面法以承受最大切應(yīng)變的平面為臨界平面，該方法認(rèn)為最大切應(yīng)變平面上的循環(huán)切應(yīng)變 和法向正應(yīng)變是導(dǎo)致疲勞損傷的因素，雖然考慮到引起損傷的危險(xiǎn)面，但對(duì)于載荷歷程中 循環(huán)切應(yīng)變和法向正應(yīng)變方向隨機(jī)變動(dòng)的情況，無(wú)法給出最損傷方向。同時(shí)對(duì)于那些不符 合最大切應(yīng)變?yōu)榕R界平面的狀況，這種臨界平面方法將無(wú)法適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供精確定位非比例多軸損傷 的方向、適應(yīng)受力隨機(jī)變動(dòng)情況的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法。
[0004] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟進(jìn) 行：
[0005] S1、在單元表面確定特定點(diǎn)和搜索空間，并確定所述特定點(diǎn)在所述搜索空間中每 一搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程；
[0006] S2、根據(jù)步驟Sl中確定的應(yīng)力和應(yīng)變張量歷程采用疲勞算法計(jì)算所述特定點(diǎn)在 每個(gè)搜索坐標(biāo)系下的累積損傷或安全系數(shù)；
[0007] S3、比較所有搜索坐標(biāo)系的累積損傷或安全系數(shù)，將累積損傷最大或安全系數(shù)最 小相應(yīng)荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步限定為，對(duì)單元的自由面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟Sl中，確定 的特定點(diǎn)為各自由面的中心點(diǎn)，確定的搜索空間為根據(jù)預(yù)定的搜索區(qū)域和搜索密度確定。
[0009] 進(jìn)一步地，對(duì)單元的自由面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟Sl中對(duì)各自由面中心點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng) 變張量歷程的計(jì)算步驟如下：
[0010] Zyl、提取自由面中心點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)系0-xyz,及自由面中心點(diǎn)在所述測(cè)量坐標(biāo)系 下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，確定各個(gè)歷程點(diǎn)自由面中心點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量；
[0011] Zy2、確定搜索空間：提取預(yù)設(shè)的搜索區(qū)域參數(shù)0和A 0，以及搜索密度參數(shù) A ct，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)0角度得 到的搜索起始位置坐標(biāo)軸，x_e、y_e是o_x_s，y_s，z_s坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)A 0角度得 到的搜索終止位置坐標(biāo)軸，搜索空間是在以〇_x_s和〇-x_e為邊界，以A a為增量的N個(gè) 坐標(biāo)系列；
[0012] Zy3、計(jì)算搜索空間各個(gè)坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系各軸的方向余弦；
[0013] Zy4、計(jì)算自由面中心在第n個(gè)搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程。
[0014] 進(jìn)一步地，對(duì)單元的指定面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟Sl中，確定的特定點(diǎn)為指定面上的 任意點(diǎn)，確定的搜索空間為根據(jù)搜索面、搜索區(qū)域和搜索密度確定。
[0015] 進(jìn)一步地，對(duì)單元的指定面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟Sl中對(duì)特定點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷 程的計(jì)算步驟如下：
[0016] Zdl、提取特定點(diǎn)〇的原始坐標(biāo)系，及特定點(diǎn)〇在原始坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，確 定各個(gè)歷程中特定點(diǎn)〇在該原始坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量；
[0017] Zd2、確定搜索空間：提取指定面坐標(biāo)系o-xyz作為測(cè)量坐標(biāo)系，根據(jù)預(yù)設(shè)的搜索 區(qū)域參數(shù)0和A 0，以及搜索密度參數(shù)A a，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是 o-xyz坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)0角度得到的搜索起始位置坐標(biāo)軸，x_e、y_e是o_x_s, y_ s，z_s坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)A 0角度得到的搜索終止位置坐標(biāo)軸，搜索空間是在以〇-x_ s和o_x_e為邊界，以A a為增量的N個(gè)坐標(biāo)系列；
[0018] Zd3、計(jì)算搜索空間各搜索坐標(biāo)系與原始坐標(biāo)系各軸的方向余弦；
[0019] Zd4、計(jì)算〇點(diǎn)在第n個(gè)搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變張量歷程。
[0020] 有益效果：本發(fā)明提供的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，通過(guò)對(duì)疲勞算 法計(jì)算單元所有搜索坐標(biāo)系的累積損傷或安全系數(shù)，有效的確定單元的最損傷載荷方向； 同時(shí)，本發(fā)明可選擇搜索面，提高搜索的靈活性；本發(fā)明可控的損傷區(qū)域設(shè)定，減少搜索的 盲目性，減少計(jì)算量，提高搜索速度，同時(shí)，可控的搜索密度設(shè)定，能夠依據(jù)搜索密度選擇快 速搜索或高精度搜索；本發(fā)明適用能力強(qiáng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)裂紋萌生階段的疲勞耐久性能以及改 進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有非常重要的作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為實(shí)施例1提供的單元自由面多軸疲勞的最損傷方向的定位方法的流程圖；
[0022] 圖2為實(shí)施例2提供的單元指定面多軸疲勞的最損傷方向的定位方法的流程圖；
[0023] 圖3為實(shí)施例1中各個(gè)歷程點(diǎn)自由面中心點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量的坐標(biāo) 系不意圖；
[0024] 圖4為實(shí)施例1中搜索空間各個(gè)坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系各軸的方向余弦的坐標(biāo)系示 意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于 所述實(shí)施例。
[0026] 根據(jù)結(jié)構(gòu)的裂紋往往萌生于表面的實(shí)際現(xiàn)象，在自由表面進(jìn)行可控設(shè)置的搜索， 通過(guò)掃掠搜索區(qū)域的損傷累積，給出"最損傷"的受力方向，同時(shí)給出結(jié)構(gòu)任意位置任意平 面的搜索，可以找到結(jié)構(gòu)中任意位置的最損傷方向，"最損傷"方向?qū)τ诹私饬鸭y萌生階段 結(jié)構(gòu)的疲勞耐久性能以及改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有非常重要的作用。
[0027] 本發(fā)明應(yīng)用疲勞算法，提供多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，按如下步驟 進(jìn)行：
[0028] S1、在單元表面確定特定點(diǎn)和搜索空間，并確定所述特定點(diǎn)在所述搜索空間中每 一搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程；
[0029] S2、根據(jù)步驟Sl中確定的應(yīng)力和應(yīng)變張量歷程采用疲勞算法計(jì)算所述特定點(diǎn)在 每個(gè)搜索坐標(biāo)系下的累積損傷或安全系數(shù)；
[0030] S3、比較所有搜索坐標(biāo)系的累積損傷或安全系數(shù)，將累積損傷最大或安全系數(shù)最 小相應(yīng)荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
[0031] 下面結(jié)合單元的自由面和指定面進(jìn)行多軸疲勞的最損傷方向的定位進(jìn)行分別詳 述。
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 本實(shí)施例針對(duì)單元的自由面進(jìn)行搜索，其流程圖如圖1所示，具體步驟如下：
[0034] S1、在單元表面確定特定點(diǎn)和搜索空間，并確定所述特定點(diǎn)在所述搜索空間中每 一搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程；
[0035] 對(duì)單元的自由面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟Sl中，確定的特定點(diǎn)為各自由面的中心點(diǎn)，確 定的搜索空間為根據(jù)預(yù)定的搜索區(qū)域和搜索密度確定。
[0036] 對(duì)各自由面中心點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程的計(jì)算步驟如下：
[0037] Zyl、提取自由面中心點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)系o-xyz,及自由面中心點(diǎn)在所述測(cè)量坐標(biāo)系 下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，確定各個(gè)歷程點(diǎn)自由面中心點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量。
[0038] 應(yīng)力應(yīng)變歷程如表1所示：
[0039] 表 1 :
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行： 51、 在單元表面確定特定點(diǎn)和搜索空間，并確定所述特定點(diǎn)在所述搜索空間中每一搜 索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程； 52、 根據(jù)步驟S1中確定的應(yīng)力和應(yīng)變張量歷程采用疲勞算法計(jì)算所述特定點(diǎn)在每個(gè) 搜索坐標(biāo)系下的累積損傷或安全系數(shù)； 53、 比較所有搜索坐標(biāo)系的累積損傷或安全系數(shù)，將累積損傷最大或安全系數(shù)最小相 應(yīng)荷載的方向輸出為最損傷載荷方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特征在于，對(duì)單 元的自由面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟S1中，確定的特定點(diǎn)為各自由面的中心點(diǎn)，確定的搜索空間 為根據(jù)預(yù)定的搜索區(qū)域和搜索密度確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特征在于，對(duì)單 元的自由面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟S1中對(duì)各自由面中心點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程的計(jì)算步驟如 下： Zyl、提取自由面中心點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)系o-xyz,及自由面中心點(diǎn)在所述測(cè)量坐標(biāo)系下的 應(yīng)力應(yīng)變歷程，確定各個(gè)歷程點(diǎn)自由面中心點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量； Zy2、確定搜索空間：提取預(yù)設(shè)的搜索區(qū)域參數(shù)0和A 0，以及搜索密度參數(shù)A a，形 成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)0角度得到的搜索 起始位置坐標(biāo)軸，x_e、y_e是o_x_s，y_s，z_s坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)A 0角度得到的搜 索終止位置坐標(biāo)軸，搜索空間是在以〇_x_s和o_x_e為邊界，以A a為增量的N個(gè)坐標(biāo)系 列； Zy3、計(jì)算搜索空間各個(gè)坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系各軸的方向余弦； Zy4、計(jì)算自由面中心在第n個(gè)搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特征在于，對(duì)單 元的指定面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟S1中，確定的特定點(diǎn)為指定面上的任意點(diǎn)，確定的搜索空間 為根據(jù)搜索面、搜索區(qū)域和搜索密度確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多軸疲勞的最損傷載荷方向的確定方法，其特征在于，對(duì)單 元的指定面進(jìn)行搜索時(shí)，步驟S1中對(duì)特定點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變張量歷程的計(jì)算步驟如下： Zdl、提取特定點(diǎn)〇的原始坐標(biāo)系，及特定點(diǎn)〇在原始坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變歷程，確定各 個(gè)歷程中特定點(diǎn)〇在該原始坐標(biāo)系的應(yīng)力應(yīng)變張量； Zd2、確定搜索空間：提取指定面坐標(biāo)系o-xyz作為測(cè)量坐標(biāo)系，根據(jù)預(yù)設(shè)的搜索區(qū)域 參數(shù)0和A 0，以及搜索密度參數(shù)A a，形成搜索空間〇-x_s_x_e，其中x_s、y_s是o-xyz 坐標(biāo)系在〇點(diǎn)繞z軸轉(zhuǎn)0角度得到的搜索起始位置坐標(biāo)軸,x_e、y_e是o_x_s, y_s, z_s坐 標(biāo)系在〇點(diǎn)繞Z軸轉(zhuǎn)A 0角度得到的搜索終止位置坐標(biāo)軸，搜索空間是在以〇1_8和〇1_ e為邊界，以A a為增量的N個(gè)坐標(biāo)系列； Zd3、計(jì)算搜索空間各搜索坐標(biāo)系與原始坐標(biāo)系各軸的方向余弦； Zd4、計(jì)算〇點(diǎn)在第n個(gè)搜索坐標(biāo)系下的應(yīng)力應(yīng)變張量歷程。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104392130SQ201410677398
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】張湝渭, 焦曉娟, 黎加坤 申請(qǐng)人:南京衍達(dá)軟件科技有限公司