CN111881608B - 止裂装置尺寸的获得方法及止裂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种止裂装置尺寸的获得方法及止裂装置，本文通过在具有裂纹的工件角部安装止裂装置，使得止裂装置抑制裂纹扩张的目的。并且该止裂装置通过以上仿真方式获得，该仿真方式通过将工件划分为无裂纹的主体部和具有裂纹的裂纹部，分别对主体部和裂纹部进行网格划分及裂纹加载，然后再将二者边界连结形成整体模型，这样可以仅通过调节裂纹部的裂纹信息即可实现不同裂纹的模拟，仅需更新裂纹部模型即可实现不同裂纹的模拟，模型更新快速，可以提高模拟速度，另外，通过改变主体部的尺寸也可以实现不同工件的快速模拟，从而能够快速获得止裂装置的尺寸和安装位置，获得对工件角部裂纹的最佳抑制效果。
Description
技术领域
本发明涉及产品止裂技术领域，特别涉及一种止裂装置尺寸的获得方法及止裂装置。
背景技术
工字型梁以其抗弯刚度强，结构轻盈等优点在机械工程行业得到了广泛的应用，工字型梁的角部存在应力集中，属于其结构薄弱部位，容易产生初始缺陷。
目前，工程上常用的止裂方法有拉力超载法、钻孔法、焊合法等，针对不同的材料及结构缺陷类型，适用不同的止裂方法。对于工字型梁角部，缺陷属于角损伤，拉力超载法容易使得缺陷更加恶化，钻孔法会使缺陷规格扩大，焊合法焊接的热影响效应会对结构强度产生不良的影响。也就是说，目前的止裂方法均不适应工字型梁角部止裂。
因此，如何提供一种适用于工字型梁的角部这一结构特殊，且止裂效果较佳的止裂装置，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种适用于工字型梁的角部这一结构特殊，且止裂效果较佳的止裂装置及获得方法。
本发明提供了一种止裂装置尺寸的获得方法，所述止裂装置用于对工字型梁角部裂纹止裂，该获得方法包括以下步骤：
根据被仿真实体工字型梁建模形成主体部和至少一个裂纹部；所述主体部和所述裂纹部分别对应工字型梁无裂纹体和有裂纹体；
对所述主体部和所述裂纹部分别进行网格划分，并且在所述裂纹部上设置具有表征实际裂纹的裂纹网格体；
将具有裂纹网格体的所述裂纹部装配于已网格化的主体部的相应位置，并且将具有裂纹网格体的裂纹部的边界点和已网格化的主体部相应位置的边界点连结以形成完整的被仿真工字型梁模型；
根据形成的完整被仿真工字型梁模型，获得止裂装置尺寸以抑制裂纹扩大。
本文通过在具有裂纹的工字型梁角部安装止裂装置，使得止裂装置抑制裂纹扩张的目的。并且该止裂装置通过以上仿真方式获得，该仿真方式通过将工字型梁划分为无裂纹的主体部和具有裂纹的裂纹部，分别对主体部和裂纹部进行网格划分及裂纹加载，然后再将二者边界连结形成整体模型，这样可以仅通过调节裂纹部的裂纹信息即可实现不同裂纹的模拟，仅需更新裂纹部模型即可实现不同裂纹的模拟，模型更新快速，可以提高模拟速度，另外，通过改变主体部的尺寸也可以实现不同工字型梁的快速模拟，从而能够快速获得止裂装置的尺寸和安装位置，获得对工字型梁角部裂纹的最佳抑制效果。
可选的，所述具有裂纹网格体的裂纹部和所述已网格化的主体部通过有限元仿真中的边界连接模块进行连结以形成完整的仿真工字型梁模型。
可选的，所述主体部和所述裂纹部通过以下方式形成：先形成被仿真实体工字型梁的整体仿真模型，根据裂纹位置参数确定切分位置，根据裂纹的角度确定裂纹面的切分位置，并结合裂纹的尺寸进而确定每一处裂纹所对应的所述裂纹部，然后将各所述裂纹部自所述整体仿真模型中切离。
可选的，所述裂纹部中裂纹信息通过以下方式形成：先定义表征预定裂纹的裂纹信息模块，向所述裂纹部插入所述裂纹信息模块以形成模拟裂纹。
可选的，所述止裂装置包括与形成角部的两侧壁相匹配的折弯件，所述折弯件包括横壁和立壁，在对被仿真实体工字型梁建模及网格划分的同时，还进一步对安装于裂纹位置的实体折弯件进行建模并划分网格以形成折弯件网格体，将所述折弯件网格体、已网格化的所述主体部和所述裂纹部边界连结形成仿真整体。
可选的，调节折弯件网格体的外形尺寸，并获取每一折弯件网格体所对应形成的仿真整体的性能参数，最后确定最佳性能参数所对应的折弯件尺寸。
可选的，所述折弯件网格体和所述主体部均设置有用于安装螺栓或螺钉的通孔模型，仿真时，网格化的所述螺栓或螺钉的仿真体连结所述折弯件网格体和所述已网格化的主体部。
可选的，所述裂纹部为工字型梁的连接角部的部分结构，所述折弯件的立壁和横壁形成直角。
此外，本发明还提供了一种止裂装置，用于对工字型梁角部裂纹止裂，包括通过上述任一项所述的止裂装置尺寸的获得方法所获取的折弯件尺寸，所述折弯件的立壁和横壁，分别与形成工件角部的两面通过螺栓固定。
可选的，所述折弯件的数量为两个，两所述折弯件对称固定于所述工字型梁的中间立壁两侧。
本发明所提供的止裂装置是依据上述止裂装置尺寸的获得方法所获得，故该止裂装置也具有上述止裂装置尺寸的获得方法的技术效果。
附图说明
图1为本发明一种实施例中止裂装置尺寸的获得方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施例中工件建模的结构示意图；
图3为图2中局部的放大示意图；
图4为本发明一种具体实施例中止裂装置的结构示意图。
其中，各图中：
11-主体部；12-裂纹部；20-折弯件；21-立壁；22-横壁；23-斜筋；30-螺栓。
具体实施方式
针对现有技术所指出的技术问题，本文进行了深入研究，研究发现目前对于钢结构疲劳裂纹的止裂与修复主要集中在裂纹理论研究，并未提出一种实质性抑制裂纹继续扩张的技术方案。在上述研究的基础上，本文提出了一种适用于工字型梁的角部这一结构特殊，且止裂效果较佳的止裂装置，并且提供了止裂装置尺寸的获得方法。
本文以止裂装置应用于工字型梁为例，具体介绍技术方案和技术效果。当然，本文所提供的止裂装置还可以应用于其他具有角部的工件，例如C槽钢，T型钢或U型钢等等。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合装置、方法、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请综合参考图1至图4，图1为本发明一种实施例中止裂装置尺寸的获得方法的流程示意图；图2为本发明一种实施例中工件建模的结构示意图；图3为图2中局部的放大示意图；图4为本发明一种具体实施例中止裂装置的结构示意图。
本发明提供了一种止裂装置尺寸的获得方法，该止裂装置用于对工件角部裂纹止裂，该方法主要包括以下步骤：
S1、根据被仿真实体工件，建模形成主体部11和至少一个裂纹部12，主体部11和所述裂纹部12分别对应工件无裂纹体和有裂纹体；
建模利用三维软件实现，例如有限元软件或者其他三维造型软件，本文关于三维建模不做详细描述，本领域内技术人员可以通过现有技术手段实现。其中裂纹部12为包括角部裂纹的三维结构。也就是说，本文将被仿真实体工件，在建模时分成两部分，其中主体部11不包含裂纹，而裂纹部12包括裂纹，裂纹部12的数量可以根据裂纹的数量、位置进行合理设置。
S2、对主体部11和裂纹部12分别进行网格划分，并且在裂纹部12上设置具有表征实际裂纹的裂纹网格体；
该步骤中，为了后续分析所需，将主体部11和裂纹部12进行划分网格以形成多个小单元。并且在裂纹部12上设置表征有实际裂纹的裂纹网格体。裂纹部12中裂纹信息通过以下方式形成：先定义表征预定裂纹的裂纹信息模块，向裂纹部12插入裂纹信息模块以形成模拟裂纹。例如插入裂纹信息实质上是生成裂纹的关键字文件，该文件中对于如何向裂纹部12插入裂纹有一定的规则，只需要按照其规则生成相应的文本文件即可在执行这一关键字文件时将裂纹插入无裂纹的裂纹部12模型，从而生成含裂纹的模型。
S3、将具有裂纹网格体的裂纹部12装配于已网格化的主体部11的相应位置，并且将具有裂纹网格体的裂纹部12的边界点和已网格化的主体部11相应位置的边界点连结以形成完整的被仿真工件模型；
在一种具体的实施方式中，对于有限元软件而言，网格化且具有裂纹网格体的裂纹部12可以通过有限元模型中的边界连结模块实现与已网格化的主体部11连结形成整体模型。
当然，网格化且具有裂纹网格体的裂纹部12与已网格化的主体部11还可以通过其他手段连结形成整体。
S4、根据形成的完整被仿真工件模型，获得止裂装置尺寸以抑制裂纹扩大。
通过对形成的完整被仿真工件模型施加力，可以获取不同尺寸和形状止裂装置对裂纹的止裂效果，这样能够选取止裂效果最佳的止裂装置的形状和尺寸。
其中止裂装置抑制裂纹的效果可以通过止裂效能因子判断，止裂效能因子a＝K0/Kstiff,其中K0为未加装止裂装置的裂尖应力场强度因子，Kstiff为加装止裂装置后的裂尖应力场强度因子，a值越大，说明止裂效果越好，例如加装止裂装置前损伤应力场强度因子为43Mpa*mm0.5,加装止裂装置后损伤应力场强度因子为22Mpa*mm0.5，那么本实例的止裂效能因子a＝43/22＝1.95)。
本文通过在具有裂纹的工件角部安装止裂装置，使得止裂装置抑制裂纹扩张的目的。并且该止裂装置通过以上仿真方式获得，该仿真方式通过将工件划分为无裂纹的主体部11和具有裂纹的裂纹部12，分别对主体部11和裂纹部12进行网格划分及裂纹加载，然后再将二者边界连结形成整体模型，这样可以仅通过调节裂纹部12的裂纹信息即可实现不同裂纹的模拟，仅需更新裂纹部12模型即可实现不同裂纹的模拟，模型更新快速，可以提高模拟速度，另外，通过改变主体部11的尺寸也可以实现不同工件的快速模拟，从而能够快速获得止裂装置的尺寸和安装位置，获得对工件角部裂纹的最佳抑制效果。
在一种具体的实施例中，主体部11和裂纹部12通过以下方式形成：先形成被仿真实体工件的整体仿真模型，根据裂纹位置参数确定切分位置，根据裂纹的角度确定裂纹面的切分位置，并结合裂纹的尺寸进而确定每一处裂纹所对应的裂纹部12，然后将各裂纹部12自整体仿真模型中切离。
上述实施方式能够合理确定裂纹部12的大小、尺寸和形状，优化仿真模型，进而提高仿真速度。
在一种具体实施例中，止裂装置包括与形成角部的两侧壁相匹配的折弯件20，折弯件20包括横壁22和立壁21，在对被仿真实体工件建模及网格划分的同时，还进一步对安装于裂纹位置的实体折弯件20进行建模并划分网格以形成折弯件网格体，将折弯件网格体、已网格化的主体部11和裂纹部12边界连结形成仿真整体。通过仿真载荷的加载，获得折弯件20的横壁22和立壁21的最佳尺寸以实现多裂纹的最佳抑制效果。
具体地，可以通过调节折弯件网格体的外形尺寸，并获取每一折弯件网格体所对应形成的仿真整体的性能参数，最后确定最佳性能参数所对应的折弯件20尺寸。
再者，折弯件网格体和主体部11均设置有用于安装螺栓30或螺钉的通孔模型，仿真时，螺栓30或螺钉的仿真体连结所述折弯件网格体和主体部11。
也就是说，折弯件20通过螺栓30或者螺钉安装于工件的角部位置。这样可以实现工字型梁无需拆卸安装止裂装置，提高维修效率。
以工件为工字型梁为例，裂纹部12为工字型梁的连接角部的部分结构，折弯件20的立壁21和横壁22形成直角，通过载荷加载仿真可以获得折弯件20的立壁21和横壁22的尺寸。并且为了增强折弯件20的使用强度，还可以在立壁21和横壁22之间增设斜筋23，图中给出了在立壁21和横壁22两端分别增加斜筋23的具体实施方式。
在上述方法的基础上，本文还提供了一种止裂装置，止裂装置尺寸的获得方法所获取的折弯件20尺寸，其中折弯件20的立壁21和横壁22，分别与形成工件角部的两面通过螺栓30固定。螺栓30的固定个数也可以在建模时确定。
进一步地，折弯件20的数量为两个，被仿真实体工件为工字型梁，两折弯件20对称固定于工字型梁的中间立壁两侧。通过对称布置折弯件20可以实现增加工件对称受力。
本发明所提供的止裂装置是依据上述止裂装置尺寸的获得方法所获得，故该止裂装置也具有上述止裂装置尺寸的获得方法的技术效果。
以上对本发明所提供的一种止裂装置尺寸的获得方法及止裂装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述止裂装置用于对工字型梁角部裂纹止裂，该获得方法包括以下步骤：
根据被仿真实体工字型梁建模形成主体部(11)和至少一个裂纹部(12)；所述主体部(11)和所述裂纹部(12)分别对应工字型梁无裂纹体和有裂纹体；
对所述主体部(11)和所述裂纹部(12)分别进行网格划分，并且在所述裂纹部(12)上设置具有表征实际裂纹的裂纹网格体；
将具有裂纹网格体的所述裂纹部(12)装配于已网格化的主体部(11)的相应位置，并且将所述具有裂纹网格体的裂纹部(12)的边界点和所述已网格化的主体部(11)相应位置的边界点连结以形成完整的被仿真工字型梁模型；
所述止裂装置包括与形成角部的两侧壁相匹配的折弯件(20)，所述折弯件(20)包括横壁(22)和立壁(21)，在对被仿真实体工字型梁建模及网格划分的同时，还进一步对安装于裂纹位置的实体折弯件(20)进行建模并划分网格以形成折弯件网格体，将所述折弯件网格体、已网格化的所述主体部(11)和所述裂纹部(12)边界连结形成仿真整体；
对所述形成的完整的被仿真工字型梁模型施加力，获取不同尺寸和形状止裂装置对裂纹的止裂效果，进而选取止裂效果最佳的止裂装置的尺寸和安装位置。
2.如权利要求1所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述具有裂纹网格体的裂纹部(12)和所述已网格化的主体部(11)通过有限元仿真中的边界连接模块进行连结以形成完整的仿真工字型梁模型。
3.如权利要求1所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述裂纹部(12)通过以下方式形成：先形成被仿真实体工字型梁的整体仿真模型，根据裂纹位置参数确定切分位置，根据裂纹的角度确定裂纹面的切分位置，并结合裂纹的尺寸进而确定每一处裂纹所对应的所述裂纹部(12)，然后将各所述裂纹部(12)自所述整体仿真模型中切离。
4.如权利要求1所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述裂纹部(12)中裂纹信息通过以下方式形成：先定义表征预定裂纹的裂纹信息模块，向所述裂纹部(12)插入所述裂纹信息模块以形成模拟裂纹。
5.如权利要求1至4任一项所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，调节折弯件(20)网格体的外形尺寸，并获取每一折弯件(20)网格体所对应形成的仿真整体的性能参数，最后确定最佳性能参数所对应的折弯件(20)尺寸。
6.如权利要求5所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述折弯件网格体和所述主体部(11)均设置有用于安装螺栓(30)或螺钉的通孔模型，仿真时，网格化的所述螺栓(30)或螺钉的仿真体连结所述折弯件网格体和所述已网格化的主体部(11)。
7.如权利要求5所述的止裂装置尺寸的获得方法，其特征在于，所述裂纹部(12)为工字型梁的连接角部的部分结构，所述折弯件(20)的立壁(21)和横壁(22)形成直角。
8.一种止裂装置，用于对工字型梁角部裂纹止裂，其特征在于，包括通过权利要求5至7任一项所述的止裂装置尺寸的获得方法所获取的折弯件(20)尺寸，所述折弯件(20)的立壁(21)和横壁(22)，分别与形成工字型梁角部的两面通过螺栓(30)固定。
9.如权利要求8所述的止裂装置，其特征在于，所述折弯件(20)的数量为两个，工字型梁两所述折弯件(20)对称固定于所述工字型梁的中间立壁两侧。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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