[发明专利]焊接结构疲劳寿命计算与焊接质量等级确认一体化系统

说明书

本发明公开了一种多功能的焊接结构疲劳寿命计算与焊接质量等级确认一体化的集成系统，包括：前处理模块、计算模块、后处理可视化模块和质量等级确认模块。前处理模块中，读取有限元分析结果文件形成有限元结果集合，根据预定义焊缝文件构建网格可视化模型。本发明所述系统，解决了计算时反复读取有限元结果文件的低效率问题；自动取得板厚、疲劳开裂方向等信息减少了大量手工操作，提高了求解效率；使用表格、曲线和云图同步映射，快速定位薄弱点和关注点可视化方法提高了交互式计算和评估效率；更新疲劳云图时只需刷新焊缝集合，不必刷新整个模型，提高了显示效率；构建了高效可视化的疲劳寿命计算结果确认焊缝质量和检查等级的方法。

技术领域

本发明涉及一种多功能的焊接结构疲劳寿命计算与焊接质量等级确认一体化的集成系统。

背景技术

工程上承载传力的焊接结构的功能十分优异，当前包括轨道车辆在内的各种载运工具的结构产品中，焊接结构的贡献不可替代。然而，焊接结构又是一把双刃剑，由于焊缝上存在非常隐蔽且难以识别的高应力集中，因此它的抗疲劳能力显著低于构成的母材，在动态载荷作用下，疲劳开裂总是从焊缝上开始。因此，会导致重大经济损失乃至非常负面社会影响的焊接结构疲劳隐患治理一直是国内外许多制造行业非常关注的一个研究课题。

2007年，美籍华人科学家董平沙教授发明了预测焊缝疲劳寿命的新方法——结构应力法，并被写进到美国ASME《BPC Section VIII Div 2Code》标准[1]。这种基于网格不敏感的结构应力法的提出，使得这一世界性的难题在理论上被彻底解决。在引进与消化该方法的基础，该专利申请单位负责人、大连交通大学的兆文忠教授，他的博士生李向伟与董平沙教授三人，历时两年，撰写了一部专著《焊接结构抗疲劳设计——理论与方法》[2]，该专著于2017年6月由我国机械工业出版社正式出版，该专著也为本发明专利奠定了坚实的理论基础。

为了尽快将专著中的理论转化为工程上可用的工具，需要进行软件开发。由于ASME标准中的计算公式已经公开发表，因此国外有人基于这些公式编写了疲劳寿命计算软件，该软件嵌套在FE-SAFE软件之中，在国内，由销售ANSYS的软件公司代理。然而，我们在工程应用中发现了该软件存在许多缺陷及应用局限性。

另外，焊接领域的欧洲标准BS EN15085[3]对焊接结构焊接质量等级的确认给出了执行路线，然而该标准仅提出要求，没有给出任何可具体执行的技术，因此将该标准的要求可以执行，即实现疲劳寿命计算与焊接质量等级确认的一体化，显然这是一个极有工程应用意义的发明专利。

关于计算焊接结构疲劳寿命的已有技术的特征是：

1)以Verity软件为代表，创建被评估结构的有限元模型并求解，然后在结果文件中读取计算结构应力的节点力，其功能单一，步骤繁琐，计算效率低。

2)是基于ASME标准的计算疲劳寿命的公式的编程封装，无二次开发接口。

3)为了计算焊缝上的疲劳寿命，需要定义焊线，该软件采用的是人工设置的方式来定义焊线的各种属性。

4)通过2D表格和2D曲线的形式给出疲劳寿命计算结果，疲劳寿命计算结果与计算模型不关联。

5)仅可以计算疲劳寿命，与焊接质量等级的确认不关联。

关于欧洲标准BS EN15085中确认焊接质量等级的技术特征是：

1)规定了确认焊接结构质量等级的技术路线。

2)规定了疲劳寿命计算是执行该技术路线的第一个必要条件。

3)规定了应力状态、应力因数的等级划分。

4)规定了焊接质量等级与焊缝检查等级的因果关系。

一、已有的焊接结构疲劳寿命计算软件中的技术缺陷或问题是：