[发明专利]多裂纹耦合扩展轨迹计算方法、设备及存储介质

权利要求书

1.一种钢桥顶板与纵肋焊缝处多裂纹耦合扩展轨迹计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：构建钢桥面板的有限元模型，对所述有限元模型进行网格划分，并施加荷载和边界条件；

步骤2：在所述有限元模型上剖分出包含焊缝的局部子模型，在所述局部子模型的焊缝处至少插入一条初始疲劳裂纹，再对所述局部子模型进行网格重划分，得到局部实体子模型；

步骤3：对于每条疲劳裂纹，对裂纹尖端网格进行重调整，以适应裂纹尖端处应力场和位移场的奇异性；

步骤4：计算所述裂纹尖端每个节点的应力、位移和应变；

步骤5：根据所述裂纹尖端每个节点的应力、位移和应变，计算对应节点的应力强度因子；

步骤6：根据所述裂纹尖端每个节点的应力强度因子确定中值节点，并设定所述中值节点的裂纹扩展步长；所述中值节点是指裂纹尖端所有节点中，应力强度因子为中位数的节点；

步骤7：选择疲劳裂纹扩展模型，根据所述疲劳裂纹扩展模型确定应力循环次数，进而根据所述中值节点的裂纹扩展步长确定裂纹尖端其他节点的裂纹扩展步长；其中，其他节点是指除中值节点外的所有节点；

步骤8：根据所述裂纹扩展步长扩展对应的节点，对扩展后的节点进行拟合，得到拟合曲线；

步骤9：判断裂纹扩展深度是否达到设定阈值，如果是，则达到裂纹的疲劳寿命，不再进行裂纹扩展；否则以所述拟合曲线为疲劳裂纹，转入步骤3。

2.根据权利要求1所述的钢桥顶板与纵肋焊缝处多裂纹耦合扩展轨迹计算方法，其特征在于，采用三层体网格表示所述裂纹尖端网格，其中裂纹尖端网格模板内环采用四分之一15节点奇异楔形单元来表示，其外两层采用四分之一20节点奇异楔形单元来表示。

3.根据权利要求1所述的钢桥顶板与纵肋焊缝处多裂纹耦合扩展轨迹计算方法，其特征在于，利用M-积分法计算每个节点的应力强度因子，具体计算公式为：

其中，M^(1,2)为辅助场与实际场的相互作用积分；ν为泊松比；E为弹性模量；为实际场的张开型应力强度因子，为辅助场的张开型应力强度因子，为实际场的滑开型应力强度因子，为辅助场的滑开型应力强度因子，为实际场的撕开型应力强度因子，为辅助场的撕开型应力强度因子；分别为实际场的节点单元应力张量、辅助场的节点单元应力张量，下标i表示应力张量所在平面的外法线方向，下标j表示应力张量本身的作用方向；分别为实际场的节点单元应变张量、辅助场的节点单元应变张量，下标i表示线元方向，下标j表示线元偏转方向；A_q为裂纹扩展的积分面积，q为定义在积分域上的权函数；x₁表示节点在裂纹表面长轴方向的坐标长度，x_j表示节点在正交坐标系任意坐标轴j的坐标长度；Γ为围绕裂纹尖端的积分路径，ds为沿着积分路径Γ的微小增量；分别为实际场的节点位移矢量在正交坐标系任意坐标轴i的分量、辅助场的节点位移矢量在正交坐标系任意坐标轴i的分量；δ_1j表示克罗内克函数；W^(1,2)为相互作用应变能密度。

4.根据权利要求1所述的钢桥顶板与纵肋焊缝处多裂纹耦合扩展轨迹计算方法，其特征在于，所述中值节点的裂纹扩展步长为裂纹的最小特征尺寸的15％，其中所述最小特征尺寸是指裂纹各个方向的长度中的最小值。