(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210525746.9 (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 金陵科技学院 地址 211169 江苏省南京市江宁区弘景 大 道99号 (72)发明人 钟雯　丁幼亮　宋永生　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 张明浩 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力 耦合计算方法 (57)摘要 本发明公开了钢箱梁焊接节点残余应力与 车致结构应力耦合计算方法， 包括步骤1） ： 建立 焊接残余应力与车致结构应力耦合效应简化模 型； 步骤2） 基于典型顶板纵肋焊接细节残 余应力 分布模型， 计算得到焊接引起的关键节点残余应 力值； 步骤3） 对整体钢箱梁多尺度有限元模型进 行车载效应模拟， 采用 简化节点力结构应力法， 得到车载引起的关键节点结构应力值； 步骤4） 将 结果代入步骤1） 所建立的简化模型， 得到 车载作 用下焊缝附近关键节点真实应力值。 本发明可以 高效的考虑焊接残余应力与车辆荷载双重作用 对钢箱梁焊接节点疲劳性能的影 响， 为进一步提 高此类焊接结构疲劳寿命评估的准确性奠定基 础。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114840897 A 2022.08.02 CN 114840897 A 1.钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特 征在于， 包括： S1： 基于类P elikan‑Esslinger法， 建立焊接残余应力与车致结构应力耦合效应简化模 型； S2： 基于典型顶板纵肋焊接细节残余应力分布模型， 计算得到焊接引起的关键节点残 余应力值； S3： 建立整体钢箱梁多尺度有限元模型， 进行车载效应模拟， 采用简化节点力结构应力 法， 计算得到车 载引起的关键节点结构应力值； S4： 将S2和S3的计算结果代入S1所建立的简化模型， 得到车载作用下焊缝附近关键节 点真实耦合应力值。 2.钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特征在于， 所述S1建立 焊接残余应力与车致结构应力耦合效应简化模型 具体包括： 基于类Pelikan ‑Esslinger法， 将焊接产生的初始残余应力与外荷载引起的结构应力 耦合作用等效为初等梁的弹 塑性屈服分析 过程； 在弹塑性阶段， 焊趾截面横向耦合应力σx(y)和应变 εx(y)可表示 为： 式(1)中， σrx(y)为沿顶 板厚度方向的横向残余应力分布， σsx(y)为沿顶 板厚度方向的横 向结构应力分布， t为顶板厚度， fy为材料屈服强度， ε1为材料屈服应变， E2为强化阶段弹性 模量， εrx(y)为沿顶板厚度方向的横向残余应变分布， εsx(y)为沿顶板厚度方向的横向结构 应变分布。 3.如权利要求1所述的钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特 征在于： 所述S2中具体包括采用焊接结构残 余应力分析中的热 ‑结构耦合分析法， 进 行顶板 纵肋焊接节点残余应力分析获得典型顶板纵肋焊接细节横向残余应力分布模型。 4.如权利要求1所述的钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特 征在于： 所述S3具体包括 为： S3.1： 根据实际桥梁顶板纵肋焊接节点构造与尺寸， 采用八节点六面体的solid70单 元， 其对应的结构单 元为solid185单元， 建立局部顶板纵肋节点有限元模型； S3.2： 根据实际桥梁设计图纸， 采用shell63弹性壳单元建立整体钢箱梁模型， 将步骤 S3.1所建立局部顶板纵肋节 点有限元模型嵌入整体钢箱梁模型之中， 建立整体钢箱梁多尺 度有限元模型； S3.3： 对步骤S3.2建立整体钢箱梁多尺度有限元模型进行两端简支约束， 施加车辆荷 载， 采用简化节点力结构应力法， 计算得到车 载引起的关键节点结构应力值。 5.如权利要求4所述的钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特 征在于： 所述步骤S3.2的整体钢箱梁多尺度有限元模型中壳 ‑实体单元连接方式为刚性连 接。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114840897 A 26.如权利要求4所述的钢箱梁焊接节点残余应力与车致结构应力耦合计算方法， 其特 征在于： 所述步骤S3.3基于简化节点力结构应力 法， 顶板纵肋节点焊趾截面车辆荷载作用 下横向结构应力分布为： 式(2)中， Fk,Mk分别为焊趾截面上第k组节点相对于截面 中线的合力和合力矩， lk为第k 个节点处沿焊缝 方向的单 元长度， y为所求节点距离中和轴的位置， t为顶板厚度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114840897 A 3