[发明专利]一种循环载荷作用下金属结构接触的安定分析方法

说明书

本发明提供一种循环载荷作用下金属结构接触的安定分析方法，涉及金属结构接触技术领域。该方法首先建立合适的材料循环本构模型；并对所研究金属结构接触进行两个周期的实际受载数值计算，分别获取这两个周期内金属结构接触过程中等效应力最大值所在位置A、等效塑性应变最大值所在位置B对应节点的等效应力历程；再针对A、B两位置节点分别建立一个的代表性单元；编写等效应力加载谱，将金属结构的等效应力状态施加到代表性单元上；计算两个代表性单元每次加载应力后的等效塑性应变和等效塑性应变增量；根据第n次加载应力后的等效塑性应变增量是否均满足约束条件来确定代表性单元是否安定，进而判断所研究金属结构接触是否安定。

技术领域

本发明涉及金属结构接触技术领域，尤其涉及一种循环载荷作用下金属结构接触的安定分析方法。

背景技术

安定由著名的塑性力学家Prager提出，是指材料在循环载荷条件下，仍表现出弹性行为且不会立刻破坏的性质，即不会出现塑性疲劳或棘轮现象，此时接触结构呈安定状态。因此，接触安定分析是保证金属结构在循环载荷作用下接触服役安全性的有力保障，合理且高精度的接触安定分析可以极大地发挥材料或结构的服役性能。

目前，传统的接触安定分析方法主要包括两大类，一是采用Johnson和Ponter等人提出和发展的安定图理论进行接触安定分析，在采用该方法对特定工况进行安定分析时，直接将结构接触条件下计算得到的点(即(摩擦系数，最大接触压力/材料剪切强度))绘入安定图，进而根据的该点在图上的位置进行判断即可。但是由于该安定图不随计算工况而改变，并且无法考虑包含非线性随动硬化率或考虑更多物理、微观机制等多种因素的复杂材料本构模型，而仅仅适用于理想弹塑性材料或线性硬化材料等。虽然后面有学者对该安定图进行了适当修正，但上述问题仍然存在。因此，相对工程应用而言，该方法实用性较小且过于保守，无法适应多变的材料和工程问题，也无法安全、高效、充分地发挥材料的接触服役性能。第二种方法是直接法，即直接对整个金属结构进行多次循环加载来进行接触安定分析，但是，该方法仅适合于较为简单的金属结构接触，而对于复杂金属结构或复杂接触问题，其所需计算资源庞大，加之接触问题及金属材料的强非线性，其计算收敛性无法得到保证，故该方法也不宜推广。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种循环载荷作用下金属结构接触的安定分析方法，用于快速、有效地进行循环载荷作用下金属结构接触的安定分析。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种循环载荷作用下金属结构接触的安定分析方法，包括以下步骤：

步骤1、建立合适的材料循环本构模型；

所述的材料循环本构模型需合理反映所研究金属结构的材料循环变形行为；

步骤2、获取所研究的金属结构在循环载荷作用下的接触过程中的等效应力状态；

结合步骤1建立的材料循环本构模型，采用有限元软件对所研究金属结构接触进行两个周期的实际受载数值计算，分别获取这两个周期内金属结构接触过程中等效应力最大值所在位置A、等效塑性应变最大值所在位置B对应节点的等效应力历程，如下公式所示：

其中，分别表示两个周期内金属结构接触过程中等效应力最大值所在位置A、等效塑性应变最大值所在位置B对应节点的等效应力历程，下标eq代表等效，上标A或B，代表节点位置；

步骤3、结合步骤1中建立的材料循环本构模型，以A、B两位置节点为金属结构的危险点，并在有限元软件中针对A、B两位置节点分别建立一个边长为1mm的代表性单元；编写等效应力加载谱，将金属结构的等效应力状态施加到代表性单元上；

所述编写等效应力加载谱，将金属结构的等效应力状态施加到代表性单元上的具体方法为：