(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 20221079095 5.6 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 胡泽启　吴敏　华林　秦训鹏　 胡东锦　徐晨阳　 (74)专利代理 机构 武汉市首臻知识产权代理有 限公司 42 229 专利代理师 章辉 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计 算方法 (57)摘要 一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计 算方法， 包括以下步骤： 确定梁类锻件选用材料， 并采用硬度法确定梁类锻件上下表面脱碳层深 度； 将梁类锻件简化为矩形截面梁， 建立带有表 面脱碳层的矩形截面梁受力模型； 采用幂指数函 数描述矩形截面梁刚度变化情况； 建立受横向载 荷的矩形截面梁弯曲变形控制方程； 建立矩形截 面梁弯曲变形边界条件； 求解矩形截面梁弯曲变 形三元微分控制方程， 获得矩形截面梁中截面轴 向、 横向位移及转角； 根据矩形截面梁中截面轴 向、 横向位移及转角计算矩形截面梁 上任意位置 的应变、 应力。 本发明可准确计算带有不同深度 表面脱碳层的梁类锻件的弯曲变形、 应力应变 响 应， 分析梁类锻件组织非均匀性对承 载能力的影 响。 权利要求书4页 说明书12页 附图5页 CN 115238478 A 2022.10.25 CN 115238478 A 1.一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计算方法， 其特征在于， 该方法包括以下步 骤： S1、 确定梁类锻件选用材 料， 并采用硬度法确定梁类锻件上 下表面脱碳层深度； S2、 将梁类锻件简化 为矩形截面梁， 建立带有表面脱碳层的矩形截面梁受力模型； S3、 采用幂指数函数描述矩形截面梁刚度变化情况； S4、 建立受横向载荷的矩形截面梁弯曲变形控制方程； S5、 建立矩形截面梁弯曲变形边界条件； S6、 求解矩形截面梁弯曲变形三元微分控制方程， 获得矩形截面梁中截面轴向、 横向位 移及转角； S7、 根据矩形截面梁中截面轴向、 横向位移及转角计算矩形截面梁上任意位置的应变、 应力。 2.根据权利要求1所述的一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计算方法， 其特征在 于： 步骤S2中， 矩形截面梁的左端点为固定铰支座， 右端点为移动铰支座； 坐标系X轴零点 位于矩形截面梁的左端点， Y轴零 点位于矩形截面梁的中截面 位置； 根据矩形截面梁的总长度、 宽度、 高度、 横向集中载荷、 脱碳层深度， 建立带有表面脱碳 层的矩形截面梁受力模型。 3.根据权利要求2所述的一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计算方法， 其特征在 于： 步骤S3中， 矩形截面梁 截面上不同位置的有效弹性模量E(z)为： E(z)＝EfVf+EmVm Vf+Vm＝1 式中， Ef为纯铁素体弹性模量； Vf为纯铁素体体积分数； Em为纯马氏体弹性模量； Vm为纯 马氏体体积分数； h1为矩形截面梁下表面脱碳层深度位置Z方向坐标值， h 为矩形截面梁的高度， d1为矩形截面梁下表面脱碳层 深度； h2为矩形截面梁上表面脱碳层深 度位置Z方向坐标值， d2为矩形截面梁上表面脱碳层深度； p 为脱碳层材料梯 度指数， p∈(0， +∞)。 4.根据权利要求3所述的一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计算方法， 其特征在 于： 步骤S4具体包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115238478 A 2S41、 根据三阶剪切变形理论建立矩形截面梁上 各点位移场： 式中， u(x， z)、 v(x， z)、 w(x， z)分别为矩形截面梁上任意一点X、 Y、 Z方向的轴向位移和 横向位移； u0(x)、 w0(x)分别为矩形截面梁中截面 上的轴向位移和横向位移； φ(x)为矩形截 面梁横截面上中轴位置的点绕Y轴的转角； S42、 根据变形体虚 功原理建立矩形截面梁弯曲变形控制方程： 式中， α ＝4/3h2， β ＝4/h2， q为矩形截面梁上各 处所受横向分布载荷； A1、 A2、 A3、 B1、 B2、 B3、 C1、 C2、 C3、 D1、 D2、 F1、 F2都为系数， 具体 计算公式为： 式中， G(z)为剪切模量， G(z)＝E(z)/[2(1+v)]， v为材 料泊松比。 5.根据权利要求4所述的一种含表面脱碳层的梁类锻件弯曲变形计算方法， 其特征在 于： 步骤S5中， 矩形截面梁左端点的边界条件为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115238478 A 3