(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 202210610974.6 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510641 广东省广州市天河区五山路 华南理工大 学 申请人 中国建筑第二工程局有限公司 (72)发明人 宣颖　张乐乐　谢壮宁　李建华　 余先锋　高全龙　石碧青　林师慧　 桓忠雄　汤亮　 (74)专利代理 机构 北京知呱 呱知识产权代理有 限公司 1 1577 专利代理师 胡乐 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的 估算方法和装置 (57)摘要 本发明公开了一种台风作用下金属屋面风 致疲劳损伤的估算方法和装置， 方法包括： 在一 次台风过程中在实测房屋屋面实测得到风压时 程数据， 并计算获取台风等效荷载循环序列； 分 析待估算金属屋面板在风荷载作用下的疲劳热 点位置， 并获取疲劳热点位置处的应力和风压荷 载之间关系； 统计待估算金属屋面板的疲劳热点 位置在台风等效荷载循环序列作用下的疲劳损 伤积累值。 通过本发明计算得到的金属屋面损伤 结果介于采用实测风压时程和LHL加载序列计算 的结果之间， 在保证安全性的前提下避免了过于 保守， 计算结果更为合理； 该等效荷载循环序列 符合我国东南沿海台风荷载特征并能够反映实 际结构风压分布特征的， 因此本发 明非常适用于 我国东南沿海台风多发地区。 权利要求书2页 说明书11页 附图7页 CN 114970272 A 2022.08.30 CN 114970272 A 1.一种台风作用下 金属屋面 风致疲劳损伤的估算方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1， 在一次台风过程中， 在位于我国东南沿海台风多发地区的实测房屋的屋面实 测得到风压时程数据， 并计算获取台风 等效荷载循环序列； 步骤S2， 分析待估算金属屋面板在风荷载作用下的疲劳热点位置， 并获取所述疲劳热 点位置处的应力和风压荷载之间关系； 步骤S3， 统计待估算金属屋面板的疲劳热点位置在所述台风等效荷载循环序列作用下 的疲劳损伤积累值， 作为待估算金属屋面板的疲劳损伤积累值的估算结果。 2.根据权利要求1所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 步骤S1所述 实测得到风压时程数据， 具体是通过设置在所述实测 房屋的屋面的多个风压传 感器测量得到的。 3.根据权利要求2所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 所述实测房屋为位于吴川市电城镇的足尺低矮房屋； 所述 实测房屋的长、 宽、 高尺寸分别为 6m、 4m、 4m。 4.根据权利要求3所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 步骤S1所述计算获取台风 等效荷载循环序列具体包括： 通过雨流统计法， 统计测量得到的风压时程数据中不同幅值和均值下的循环次数； 将风压时程数据中的风压幅值和均 值分别划分为10个级别， 形成10 ×10的风压雨流矩 阵， 以对风压时程数据进行简化， 并统计 每个区间的循环次数； 统计所述风压雨流矩阵中的非零风压荷载区间， 将各个非零风压荷载区间的平均最大 风压荷载与测量得到的所述台风过程中的最大风压值的比率， 定义 为荷载比率； 将所述风压雨流矩阵中的所有非零风压荷载区间按照相应荷载比率统计对应循环次 数， 并将所述 风压雨流矩阵简化 为四级荷载序列； 根据线性损伤法则对所述四级荷载序列中的各荷载比率区间的疲劳寿命循环次数进 行等效换算， 并生成台风 等效荷载循环序列。 5.根据权利要求4所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 所述四级荷载序列包括0 ‑0.4的荷载比率区间、 0.4 ‑0.6的荷载比率区间、 0.6 ‑0.8的荷载比 率区间以及0.8 ‑1.0的荷载比率区间。 6.根据权利要求1所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 步骤S2所述待估算金属屋面板为YX3 5‑760型自攻螺钉金属屋面板 。 7.根据权利要求6所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 所述步骤S2具体包括： 以所述YX35 ‑760型自攻螺钉金属屋面板为原型， 通过通用有限元软件， 建立九组不同 檩距的单波宽 两跨屋面板的有限元模型； 对于每一组有限元模型， 提取螺钉孔周围预设范围内应力最大的节点作为 疲劳热点； 采用vonMises等效应力作 为疲劳损伤计算应力， 经分级加载计算后获得九组有限元模 型的疲劳热点处的应力和风压荷载之间关系。 8.根据权利要求7所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 所述通用有限元软件为ANSYS软件； 在每组所述有限元模 型中， 金属屋面板采用shell181单 元， 金属屋面板材料采用双线性模型， 垫片与螺钉头采用solid185单元， 橡胶垫片采用权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970272 A 2Mooney‑Rivlin模 型， 螺钉孔部位加密网格形成网格加密带， 垫片与金属屋面板 之间和垫片 与螺钉头之 间均采用绑定接触； 所述螺钉孔周围预设范围为螺钉孔周围第一圈单元和 第二 圈单元。 9.根据权利要求7所述的台风作用下金属屋面风致疲劳损伤的估算方法， 其特征在于， 所述步骤S3具体包括： 对每组所述有限元模型加载所述台风等效荷载循环序列， 台风等效荷载循环序列的测 试风压为实测得到的风压时程数据中的最大风压值； 获取每组所述有限元模型对应的疲劳热点处的应力变化历程； 结合材料S ‑N曲线、 Goodman公式和Miner线性损伤积累法则统计出每组有限元模型的 疲劳热点位置的疲劳损伤积累值， 作为待估算金属屋面板在不同檩距下的疲劳损伤积累值 的估算结果。 10.一种台风作用下 金属屋面 风致疲劳损伤的估算装置， 其特 征在于， 包括： 台风等效荷载循环序列生成模块， 用于在一次台风过程中， 在位于我国东南沿海台风 多发地区的实测房屋的屋面实测得到风压时程数据， 并计算获取台风 等效荷载循环序列； 荷载应力关系获取模块， 用于分析待估算金属屋面板在风荷载作用下的疲劳热点位 置， 并获取 所述疲劳热点 位置处的应力和风压荷载之间关系； 疲劳损伤积累值统计模块， 用于统计待估算金属屋面板的疲劳热点位置在所述台风等 效荷载循环序列作用下的疲劳损伤积累值， 作为待估算金属屋面板的疲劳损伤积累值的估 算结果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970272 A 3