(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111335845.2 (22)申请日 2021.11.12 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114186448 A (43)申请公布日 2022.03.15 (73)专利权人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 蒋文春　解学方　钮瑞艳　刘斌　 董志龙　李鑫　赵旭　翟向楠　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 刘文霞 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01)G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 JP 2015090673 A,2015.0 5.11 侯晓丹等.基 于等效结构应力法的ST12点焊 疲劳寿命分析. 《价 值工程》 .2017,(第02期), 李晓峰等.基 于精细算法的焊 接结构疲劳寿 命预测方法研究. 《大连交通大 学学报》 .2018, (第03期), 审查员 李祖布 (54)发明名称 用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳 寿命预测方法 (57)摘要 本发明公开一种用于转鼓式压滤机的十字 型焊接接头疲劳寿命预测方法， 包括获取转鼓式 压滤机的实际运行工况， 建立压滤机转鼓整体模 型； 采用瞬态分析法分析转鼓式压滤机的动态运 行过程， 将实际运行工况的载荷数据作为静态载 荷施加到转鼓整体模型的相应区域， 得到整体模 型的应力分布， 找出最大应力和最小应力位置， 其对应的两种工况即为最危险疲 劳工况； 将得到 的最大应力和最小应力位置处的十字型焊接接 头建立局部三维二次连续单元模 型， 并加载两种 最危险疲劳工况载荷， 根据两种疲劳工况下的局 部十字型焊接接头的应力分析结果， 采用基于结 构应力的疲 劳评估方法预测疲劳寿命。 本发明通 过整体‑局部分析法与瞬态分析法结合， 提高了 复杂结构的建模效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114186448 B 2022.08.23 CN 114186448 B 1.一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： S1： 获取转鼓式压滤机的进料过滤区、 洗涤区、 干燥区及卸料区的实际运行工况， 作为 有限元模型加载的疲劳载荷数据， 建立压滤机转鼓整体不考虑焊缝细节的三 维二次连续单 元简化模型， 所述压滤机转鼓整体模型为回转体， 其包括若干个相同的十 字型焊接 接头； S2： 采用瞬态分析法分析转鼓式压滤机的进料过滤区、 洗涤区、 干燥区和卸料区的动态 工艺过程， 将进料过滤区、 洗涤区、 干燥区及卸料区的实际运行工况的疲劳载荷数据作为静 载荷加载到步骤S1所建立的模型的相应区域， 生成网格并提交计算， 得到模型整体的应力 分布， 并找出最大应力和最小应力位置， 其对应的两种工况即为 转鼓式压滤机的疲劳工况； S3： 将得到的最大应力和最小应力位置处的十字型焊接接头建立局部三维二次连续单 元模型， 并将整体模型计算得到的有限元结果作为边界条件作用到局部十字型焊接接头模 型上， 分别 在局部模 型上施加步骤S2所得到的最大应力 及最小应力位置对应的疲劳工况载 荷， 并提交计算， 得到 两种疲劳工况 下的局部 十字型焊接 接头的应力分析 结果； S4： 根据S3得到的两种疲劳工况下的局部十字型焊接接头的应力分析结果， 采用基于 结构应力的疲劳评估方法预测疲劳寿命。 2.根据权利要求1所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述 步骤S2中瞬态分析法具体为： S21： 在有限元软件中将步骤S1建立的整体模型平均切分为4个连续的区域一、 二、 三、 四， 每个区域包含结构及数量完全相同的十字型焊接接头， 所述区域一、 二、 三、 四分别对应 进料过滤区、 洗涤区、 干燥区及卸料区； 以转鼓整体模型区域一中的第一个十字型焊接接头 作为参照， 记为接头 Ⅰ， 区域二、 三、 四的第一个十字型焊接接头分别记为接头 Ⅱ、 接头Ⅲ及 接头Ⅳ； S22： 采用瞬态分析， 当转鼓处于静止状态时， 接头 Ⅱ、 接头Ⅲ及接头Ⅳ相当于接头 Ⅰ旋 转至区域二、 区域三及区域四时对应的状态， 即转鼓整体模型上每一个十字型焊接接头表 示接头Ⅰ在不同时刻的状态， 以此代替接头 Ⅰ旋转一周经历的动态过程， 将进 料过滤区、 洗涤 区、 干燥区及卸料区的实际运行工况的载荷数据作为静载荷加载到步骤S1所建立的模型的 相应区域， 即可 得到一个旋转周期内压滤机转鼓瞬态的应力分布。 3.根据权利要求1所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述 步骤S4具体包括如下步骤： S41： 根据S3得到的两种疲劳工况下的局部十字型焊接接头的应力分析结果， 分别在两 种疲劳工况下 的局部十字型焊接接头的焊趾位置提取焊趾沿厚度方向截面上所有节点的 节点力和节点力矩， 并将所述节点力和节点力矩转化为线力和线力矩， 然后根据公式 和 计算焊趾位置处所有节点 的膜应力和弯曲应力， 其中， 式中， σm为膜应 力， F为线力， σb为弯曲应力， M为线力矩， t为厚度； S42： 根据步骤S41的膜应力和弯 曲应力计算结果， 分别取两种疲劳工况下的最大膜应 力及弯曲应力， 将所获得的两个最大膜应力作差得到膜应力范围Δσm， 将所获得的两个最 大弯曲应力作差得到弯曲应力范围Δσb； S43： 计算结构应力范围Δσs权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186448 B 2Δσs＝Δσm+Δσb； S44： 计算等效结构应力范围ΔS 其中， 式中ms＝3.6， t为实际板厚， I 为载荷弯曲比的无量纲函数； S45： 计算 疲劳寿命N 其中， 式中C、 h为焊接 接头疲劳系数。 4.根据权利要求3所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述 步骤S44中I的计算公式为： 其中， 式中R为载荷比。 5.根据权利要求1所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述步骤S3中所建立的十字型焊接接头局部三维二次连续单元模型取压 滤机转鼓中任一个十 字型焊接 接头。 6.根据权利要求1所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述步骤S 3所建立的局部十字型焊接接头模型需考虑焊缝细节， 包括焊缝 尺寸和未焊透尺寸。 7.根据权利要求1所述的一种用于转鼓式压滤机的十字型焊接接头疲劳寿命预测方 法， 其特征在于， 所述步骤S1中压滤机转鼓整体三维二次连续单元简化模型及十字型焊接 接头局部三维二次连续单 元模型均为20节点单 元模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186448 B 3