【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及螺栓連接節點的，尤其涉及一種近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法。
技術介紹
1、螺栓連接節點受力復雜，是鋼結構的重要組成部分，直接影響整體結構的安全和可靠性。目前鋼結構節點設計采用線彈性理論，不能清晰地反映裂紋萌生和擴展過程。借助斷裂力學(fm)、有限元(fem)和擴展有限元(xfem)等微分算法求解結構損傷和裂紋擴展問題，雖然得到了損傷和裂紋擴展的趨勢，但是存在很多不足之處。斷裂力學：裂紋擴展驅動力的研究尚未達成一致，從應力強度因子k到paris的應力強度因子幅值δk，再到elber的有效應力強度因子δkeff以及雙參數理論和九參數理論，到底用什么參量作為疲勞裂紋擴展的控制參量更為合理，仍需要進一步的研究。有限元：裂紋被限制于網格線上，必須將裂紋面設置為單元的邊、裂尖設置為單元的節點；在裂尖附近的高應力區需要布置高密度網格；分析裂紋擴展時，隨著裂紋的擴展，必須重新劃分網格；有限元法無法考慮復合型裂紋在早期階段與表面斜角對裂紋擴展的影響以及ⅱ型載荷對裂紋擴展的影響。擴展有限元：允許裂紋穿過單元，可以在規則網格上計算復雜形狀裂紋；通過滿足適當性質的形函數來捕捉裂紋尖端奇異場，可以在粗網格上獲得精確解答；裂紋擴展時無需重新劃分網格，大大節省了計算成本。正是由于現有方法在解決裂紋擴展行為方面的不足，而近場動力學采用積分方法在求解裂紋方面優于其它方法，因此本專利采用近場動力學理論，模擬分析螺栓節點損傷和裂紋擴展機理。
2、申請號為202311817211.x的專利技術專利公開了一種復合材料螺栓連接漸進損傷分
技術實現思路
1、針對現有螺栓連接節點損傷破壞方法存在網格需動態劃分，局部位移場精度不夠的技術問題，本專利技術提出一種近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，可以直接將螺栓和母材共同建立模型，避免考慮螺栓和孔壁間的復雜相互作用力，同時也不用考慮結構損傷和裂紋擴展過程中網格動態劃分和裂紋精度依賴網格等問題。
2、為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：一種近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其步驟如下：
3、步驟一、根據三維近場動力學理論，將經典連續介質力學理論物體受力分析結果與三維pd理論分析結果對比分析，求得三維pd理論對應的參數，構建pd理論三維本構方程，并建立螺栓節點的物理模型；
4、步驟二：試件制作及節點力學試驗：按照cad圖紙制作螺栓節點試件，在試驗機上對螺栓節點試件進行荷載試驗，得到螺栓節點試件的斷裂結果和荷載試驗曲線；
5、步驟三、建立與步驟二相同的pd螺栓模型和pd母材模型，并對pd螺栓節點模型施加同步驟二試驗一致的荷載，分析螺栓節點損傷破壞特性并與步驟二的試驗結果對比。
6、優選地，所述求得三維pd理論的參數的方法為：
7、對于各向同性彈性材料，物體在質點x(k)處應變能密度w(k)表示為
8、
9、式中：n-質點x(k)作用范圍內質點的數量；w(k)(j)-無量綱的影響函數，t(k)-質點x(k)處的溫度；α-物體的熱膨脹系數；a,a2,a3,b,d為常溫下pd參數；x(k)和x(j)分別是質點k和j變形前本身的坐標；y(k)和y(j)分別為質點x(k)和x(j)變形后的坐標；θ(k)為物體膨脹項；v(j)為質點x(j)的體積；
10、結合經典連續介質力學，物體的應變能密度表示為：
11、
12、其中，應力和應變矢量定義為：和σxx(k),σyy(k),σzz(k),σyz(k),σxz(k),σxy(k)分別表示物體內部微小體的應力矢量，εxx(k),εyy(k),εzz(k),γyz(k),γxz(k),γxy(k)分別表示物體內部微小體的應變矢量；
13、對于各項同性材料，體積模量κ、剪切模量μ、應力σ(k)和應變矢量ε(k)之間的相互關系表示為：σ(k)＝cε(k)；
14、其中，材料屬性矩陣為：
15、
16、且體積模量
17、其中，e、ν分別表示物體彈性模量和泊松比；
18、根據經典連續介質力學的工程材料常數，考慮兩種不同加載情況下產生的各向同性膨脹和剪切，從而確定近場動力學參數a，a2，a3，b和d：
19、各個方向施加法向應變ζ，溫度均勻變化t，得到各向同性膨脹的加載情況，物體中的應變分量為
20、εxx(k)＝εyy(k)＝εzz(k)＝ζ+αt
21、γxy(k)＝γxz(k)＝γyz(k)＝0
22、在經典連續介質力學的范圍內，膨脹率θ(k)和應變能密度w(k)分別表示為
23、θ(k)＝εxx(k)+εyy(k)+εzz(k)＝3ζ+3αt
24、
25、變形后材料在質點x(j)和質點x(k)處的相對位置矢量為
26、|y(j)-y(k)|＝(1+ζ+αt(k))·|x(j)-x(k)
27、其中，質點x(k)處的溫度t(k)＝t；
28、定義ξ＝x(j)-x(k)，ξ＝|ξ|，將影響函數和變形后材料在質點x(j)和質點x(k)處的相對位置矢量帶入質點x(k)的應變能密度函數w(k)中，則質點x(k)同其他質點在球作用半徑δ范圍內的應變能密度表示為：
29、
30、式中，(ξ，θ，φ)為球坐標系三個方向的坐標參數值；
31、將膨脹率θ(k)帶入應變能密度，則質點x(k)的應變能密度變為
32、
33、質點x(k)的應變能密度等價，得到pd參數與工程材料常數之間的關系為：a2＝6αa，a3＝9α2a；
34、同理，pd的膨脹率為
35、球坐標系表示為
36、顯示解為
37、可得近場動力學參數：
38、對三維物體受純剪切荷載可得γxy(k)＝ξ,εxx(k)＝εyy(k)＝εzz(k)γxz(k)＝γyz(k)＝t(k)＝0
39、結合經典連續介質力學，膨脹項θ(k)和應變能密度w(k)變為θ(k)＝0，
40、變形后，質點的相對位置矢量變為
41、
42、因此，應變能密度表示為
43、
44、通過積分計算求得
45、將pd理論和經典連續介本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，其步驟如下：
2.根據權利要求1所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，所述求得三維PD理論的參數的方法為：
3.根據權利要求2所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，當裂紋形成時，所有的相互作用質點x(k)和x(j)，如果兩質點近場動力學鍵穿過裂紋表面，則這兩個質點間的作用力消失，裂紋表面上質點和裂紋表面下質點的應變能密度表示為
4.根據權利要求3所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，PD損傷破壞準則為：近場動力學理論為模擬物體開始形成損傷，在力密度矢量中引進了一個歷史函數
5.根據權利要求4所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，隨著相鄰質點間延伸率的變化，即一個質點x(k)同其周圍所有質點x(j),j＝1,2,3...近場動力學力消失情況，采用局部損傷函數值的大小描述裂紋萌生及擴展問題：
6.根據權利要求4或5所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，相鄰兩質點間的近
7.根據權利要求6所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，所述步驟二中螺栓節點試件的接頭基材和螺栓材料選用Q235鋼，彈性模量E＝210MPa，泊松比μ＝0.3，密度7850Kg/m3；整體母材厚度5mm、寬度70mm，接頭研磨長度60mm，試件總長度150mm，螺母尺寸14mm。
8.根據權利要求7所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，在試件兩端加裝厚度為5mm、長度為15mm的補償片；螺栓母材兩端施加拉伸位移荷載8.33×10-5m/s。
9.根據權利要求8所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，試驗用四五個螺栓按兩排或三排連接，螺栓孔直徑為10mm，螺栓孔邊緣與母材邊緣之間距離不同的三種試驗為：
10.根據權利要求6所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，所述步驟三的實現方法為：通過不同形式的螺栓連接節點在荷載作用下損傷破壞特征，歸納螺栓連接的影響因素，建立同步驟二完全一致的PD螺栓模型和PD母材模型，將PD螺栓模型和PD母材模型共同建立在同一個PD物理模型中，在荷載施加過程中螺栓和螺孔可以直接相互作用；采用PD損傷破壞準則判定PD質點之間鍵的損傷破壞情況，進而判斷螺栓節點中螺栓和母材的損傷和裂紋擴展。
...【技術特征摘要】
1.一種近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，其步驟如下：
2.根據權利要求1所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，所述求得三維pd理論的參數的方法為：
3.根據權利要求2所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，當裂紋形成時，所有的相互作用質點x(k)和x(j)，如果兩質點近場動力學鍵穿過裂紋表面，則這兩個質點間的作用力消失，裂紋表面上質點和裂紋表面下質點的應變能密度表示為
4.根據權利要求3所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，pd損傷破壞準則為：近場動力學理論為模擬物體開始形成損傷，在力密度矢量中引進了一個歷史函數
5.根據權利要求4所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，隨著相鄰質點間延伸率的變化，即一個質點x(k)同其周圍所有質點x(j),j＝1,2,3...近場動力學力消失情況，采用局部損傷函數值的大小描述裂紋萌生及擴展問題：
6.根據權利要求4或5所述的近場動力學螺栓連接節點損傷破壞計算方法，其特征在于，相鄰兩質點間的近場動力學力t(k)(j)為：
7.根據權利要求6所述的近場動力學螺栓連接節點損傷...
【專利技術屬性】
技術研發人員：應武擋，趙金海，嚴開權，易繼剛，劉洋，郭雄偉，李云，石凱，
申請(專利權)人：中建七局上海有限公司，
類型：發明
國別省市：
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