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龙图腾网获悉大连交通大学申请的专利基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116702306B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210183174.0，技术领域涉及：G06F30/15；该发明授权基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法是由周韶泽;郭硕;陈秉智设计研发完成，并于2022-02-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法在说明书摘要公布了：基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法，其步骤如下：步骤1：构建缩减子结构模型、动态子结构模型和焊缝子结构模型；步骤2：刚柔耦合动力学模拟；步骤3：利用焊缝子结构模型进行瞬态分析；步骤4：使用焊接结构瞬态响应等效结构应力疲劳寿命评估。比起传统的瞬态分析方法，既兼顾了焊接结构刚柔耦合动力学模拟，焊接结构自身的振动特性，又大幅提高了瞬态仿真分析的效率，对焊接结构抗疲劳设计具有重要的理论研究和现实意义。

本发明授权基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法在权利要求书中公布了：1.基于子结构瞬态结构应力的焊接结构疲劳寿命评估方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：构建缩减子结构模型、动态子结构模型和焊缝子结构模型，具体如下： 1-1：采用有限元法对焊接结构几何模型结构划分网格，网格采用2D或3D单元； 1-2：构建缩减子结构模型： 选择对接界面自由度为主坐标，用B表示；需要缩减的内部自由度为副坐标，用I表示，则对于一个忽略阻尼的多自由度系统，其自由振动时的运动方程: 其中，为从自由度位移合集，为主自由度位移合集，K是刚度矩阵，M是质量矩阵，并基于主自由度及从自由度表示为分块矩阵，为从自由度加速度合集，为主自由度加速度合集，fB为主自由度激励合集，若不考虑对接界面的惯性力，结构的Guyan缩减变换 其中，[Ti]为转换矩阵，为从自由度位移合集，为主自由度位移合集 I是单位矩阵，Φc为固有模态的模态矩阵； 缩减后子结构的刚度矩阵和质量矩阵分别为 Ki是完整模型刚度矩阵，Mi是完整模型质量矩阵；为子结构刚度矩阵，为子结构质量矩阵，[Ti]为转换矩阵； 经Guyan缩减后的子结构运动方程为 即，为子结构刚度矩阵，为子结构质量矩阵，为子结构位移矩阵，为子结构加速度矩阵； 1-3：构建动态子结构模型： 计算缩减子结构自由模态的运动微分方程为： 位移向量表达式为 其中，{φ}i为第i阶模态的幅值，ωi是第i阶模态的角频率，将式8代入式7得 通过式9可以求得第i阶模态的模态频率ωi及振型向量{φ}i，对完整模型和缩减子结构模型进行模态分析，对比计算结果； 1-4：构建焊缝子结构模型：采用传统结构应力法对完整模型施加单位载荷准静态分析，获得疲劳寿命低的关键薄弱焊缝，把关键薄弱焊缝、其它关注焊缝组成需要评估计算的关注焊缝集合，将关注焊缝集合的实体单元焊趾板厚切面节点，或壳单元焊趾节点作为新的主自由度节点，增加到动态子模型主自由度节点里，形成焊缝子结构模型； 步骤2：刚柔耦合动力学模拟，具体如下： 2-1：动态子结构模型刚柔耦合等动力学仿真： 使用动态子结构模型建立刚柔耦合动力学模型，以获得焊接结构振动特性的时域激励，通过拉格朗日乘子法将约束条件引入到系统方程中，通过与多刚体系统方程联立获得刚柔耦合系统动力学方程： 式中ψξ,t＝0为完整约束；ξ为柔性体的广义坐标,包括坐标位移X,欧拉角坐标Ω和模态坐标q*，即ξ＝[XΩq*]T；Q为包括势力在内的广义力，L为拉格朗日函数，L＝T-V，即动能与势能之差；λ为待定因子；F为逸散函数； 2-2提取动力学仿真的生成的时域载荷； 步骤3：利用焊缝子结构模型进行瞬态分析，具体如下： 3-1：使用焊缝子结构模型进行瞬态分析： 使用焊缝子结构模型进行瞬态分析，获取焊缝的响应结构应力历程，焊缝子结构运动方程： 式中：是焊缝子结构阻尼矩阵；FiBt是动载荷历程，是子结构速度矩阵； 在一定时间间隔内，假设最终速度和位移的积分有: 式中:α,δ是积分常数；△t是第n步与第n+1步的时间间隔；有上述两式可以推导出子结构在tn+1时的加速度和速度的矩阵表达式，进而可以求得子结构在时间tn+1时的位移速度以及加速度 {Ft}＝[Ke]{Ut}14 根据式14就可以求解出随时间变化的焊缝子结构单元节点的响应的节点力矩阵{Ft}，其中[Ke]为焊缝子结构单元刚度矩阵； 步骤4：使用焊接结构瞬态响应等效结构应力疲劳寿命评估，具体如下： 4-1：获取瞬态响应等效结构应力： 取得焊趾线处穿透焊缝板厚截面中性面的瞬态响应结构应力，根据15、16式获得板厚中面上的结构应力σst和剪切结构应力τst瞬态响应时域值： 上式中σst、σmt、σbt、Fyt分别是板厚中面上垂直焊趾线方向的结构应力、膜应力、弯曲应力、节点力的瞬态响应时间历程，Mxt是焊缝板厚中面上沿着焊趾线方向的弯矩瞬态响应时间历程，τst、τmt、τbt、Fxt分别是板厚中面上沿着焊趾线方向的剪切结构应力、剪切膜应力、剪切弯曲应力、剪切节点力的瞬态响应时间历程，Myt是焊缝板厚中面垂直焊趾线方向的弯矩瞬态响应时间历程，d是板厚，L是结构应力法中焊缝厚度截面中面节点距离矩阵； 4-2：获取板厚中面瞬态响应等效结构应力， 定义瞬态响应载荷比修正系数： 根据2至7，求得等效结构应力瞬态响应值： 上式中，Sσt是焊缝厚度中性面上垂直焊趾线方向的瞬态响应等效结构应力，Sτt是焊缝板厚中面上沿着焊趾线方向的瞬态响应等效结构应力，m为常数3.6； 当SτtSσt3时 否则 Set＝Sσt24 β为基于疲劳测试的法向应力和基于测试的剪切应力之间疲劳强度的比值常数； Sσt是垂直焊趾线方向的节点响应时域等效结构应力； Sτt是沿着焊趾线方向的节点响应时域剪切等效结构应力； Set为节点瞬态响应的时域等效结构应力； 4-3：将热等效结构应力时间历程通过雨流计数法编制成每个节点的时域响应的热等效结构应力载荷谱，包括第i阶i＝1,2…k等效结构应力范围△Ssi和循环次数ni； 将载荷谱代入计算公式获得失效的疲劳寿命循环次数： Ni＝△SsiCd1h25 式中：Cd和h为结构应力法的试验常数，Ni为△Ssi下焊接接头的疲劳寿命循环次数； 可预测该焊缝疲劳寿命，即累积疲劳损伤比

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