一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法,包括以下步骤：S1.构建检出概率分布模型，获取待测结构的真实缺陷尺寸概率分布；S2.给定材料疲劳裂纹扩展模型，并计算待测结构的扩展模型参数联合概率分布；S3.通过蒙特卡罗仿真的方式，计算结构的失效概率随时间变化曲线，结合许用风险，确定结构的可用剩余寿命，作为许用寿命对待测结构进行延寿。本发明专利技术能够在关键结构接近许用寿命后，重新对结构进行超声扫查并对已有缺陷重新定量修正进行剩余寿命评估，作为新的许用寿命对其延寿，提高了关键结构的利用率，并保证了关键结构的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法
本专利技术涉及超声检测下的结构风险评估，特别是涉及一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法。
技术介绍
结构完整性是重大装备和关键基础设施能够长期、稳定、高效能运行的基础，结构完整性是指关系到装备安全使用、功能实现的结构强度、损伤容限及耐久性等装备所要求的结构特性总称。对于针对临近可用寿命的关键结构及零部件，由于其使用环境或是维护程度的不同，如果直接停止使用，其已有缺陷可能并未达到必须退役的程度，无法有效地提高结构的利用率；但如果继续使用，可能会由于关键件的损坏、功能丧失等造成系统失效，不利于重大装备和关键基础设施长期、稳定、高效地运行。因此，在关键结构接近许用寿命后，重新对结构进行超声扫查并对已有缺陷重新定量修正，对新出现缺陷进行定量，进行剩余寿命评估，作为可用剩余寿命对其延寿，对于提高关键结构的利用率，保证重大装备和关键基础设施长期、稳定、高效地运行具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，能够在关键结构接近许用寿命后，重新对结构进行超声扫查并对已有缺陷重新定量修正进行剩余寿命评估，作为新的许用寿命对其延寿，提高了关键结构的利用率，并保证了关键结构的稳定运行。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，包括以下步骤：S1.构建检出概率分布模型，获取待测结构的真实缺陷尺寸概率分布；S2.给定材料疲劳裂纹扩展模型，并计算待测结构的扩展模型参数联合概率分布；S3.通过蒙特卡罗仿真的方式，计算结构的失效概率随时间变化曲线，结合许用风险，确定结构的可用剩余寿命，作为许用寿命对待测结构进行延寿。进一步地，所述步骤S1包括：S101.通过超声检测和超声缺陷定量试验，获取多组超声定量尺寸与缺陷物理尺寸α的关联数据，并保存到数据库；S102.构建缺陷物理尺寸α与超声定量尺寸的对数线性模型：S103.利用数据库中超声定量尺寸与缺陷物理尺寸a的关联数据，拟合计算得到参数α，β，及σ∈的无偏估计；S104.构建缺陷真实物理尺寸a的关于超声定量尺寸的概率分布模型：其中，LogNorm(μ,s)表示均值为μ，标准差为s的对数正态分布概率密度函数；S105.对于待测结构进行超声检测和超声缺陷定量，得到待测结构缺陷的超声定量尺寸，将待测结构的超声定量尺寸带入概率分布模型中，获取待测结构的真实缺陷尺寸的概率分布。进一步地，所述步骤S2包括：S201.给定材料疲劳裂纹扩展模型：其中，a是裂纹尺寸，N是载荷循环数，C与m是模型参数，ΔK是载荷循环内的应力强度因子幅值，f(a)是和裂纹几何形状有关的几何修正函数；S202.通过对待测结构进行疲劳试验获取多组da/dN与ΔK关联数据；S203.将材料疲劳裂纹扩展模型公式两边取对数，并利用da/dN与ΔK的关联数据，进行概率参数估计得到lnC、m的联合概率分布，即多参数正态分布，记为：f(lnC·m)～MVN(μ，∑)；μ和∑分别是多参数正态分布的均值向量和方差-协方差矩阵。进一步地，所述步骤S3包括：S301.确定失效准则：给定最大应力σmax和临界应力强度因子Kc计算得到临界裂纹长度ac，裂纹在循环载荷作用下扩展，当其长度大于或等于临界裂纹长度时，即a≥ac，作为失效准则；S302.确定仿真的抽样次数n：在给定蒙特卡洛仿真估计的相对误差RE和稀有事件的发生概率P的条件下，根据如下公式确定仿真的抽样次数n：S303.蒙特卡洛仿真估计：对步骤S1得到的分布进行抽样得到n个a的随机实例，记做：{a}＝{a1,a2,…,an}；对步骤S2得到的分布进行抽样得到n个(lnC,m)的随机实例，记做：{lnC,m}＝{(lnC,m)1,(lnC,m)2,…,(lnC,m)n}；针对每一组ai、(lnC,m)i的第i个随机实例，利用计算裂纹扩展随载荷循环数的曲线(a—N)i，其中曲线上a＝ac时对应的载荷循环记为Nci，也即该随机参数下的可用寿命，最后得到n个寿命的随机实例，记做{Nc}＝{Nc1,Nc2,…,Ncn}，其剩余寿命的蒙特卡罗估计为：利用{Nc}得到剩余寿命的经验分位点及统计特性；对于第i个计算结果(a—N)i，利用a≥ac作为失效准则，曲线转换表示为(1(ak),Nk)i，其中下标k表示(a—N)i曲线上的第k个数据，1(ak)为标定函数，当ak≥ac时取1，否则取0；因此在循环数为Nk时，其失效概率Pf的蒙特卡洛估计为：根据失效概率Pf的蒙特卡洛估计得到失效概率曲线Nk-<Pf(Nk)>，给定许用风险R，将其作为失效概率带入失效概率曲线Nk-<Pf(Nk)>中，确定结构的可用剩余寿命，并作为许用寿命对待测结构进行延寿。本专利技术的有益效果是：能够在关键结构接近许用寿命后，重新对结构进行超声扫查并对已有缺陷重新定量修正进行剩余寿命评估，作为新的许用寿命对其延寿，提高了关键结构的利用率，并保证了关键结构的稳定运行。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为缺陷物理尺寸a与超声定量尺寸在在对数坐标系下的关系示意图；图3为实施例中超声定量尺寸对应的真实缺陷尺寸概率分布；图4为实施例中延长寿命的确定原理示意图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，包括以下步骤：S1.构建检出概率分布模型，获取待测结构的真实缺陷尺寸概率分布；S2.给定材料疲劳裂纹扩展模型，并计算待测结构的扩展模型参数联合概率分布；S3.通过蒙特卡罗仿真的方式，计算结构的失效概率随时间变化曲线，结合许用风险，确定结构的可用剩余寿命，作为许用寿命对待测结构进行延寿。如图2所示，为缺陷物理尺寸a与超声定量尺寸在在对数坐标系下的关系示意图，故只需要通过试验获取多组超声定量尺寸与缺陷物理尺寸a的关联数据，即可建立缺陷物理尺寸a与超声定量尺寸的对数线性模型；具体地，所述步骤S1包括：S101.通过超声检测和超声缺陷定量试验，获取多组超声定量尺寸与缺陷物理尺寸α的关联数据，并保存到数据库；S102.构建缺陷物理尺寸α与超声定量尺寸的对数线性模型：S103.利用数据库中超声定量尺寸与缺陷物理尺寸α的关联数据，拟合计算得到参数α，β，及σ∈的无偏估计；S104.构建缺陷真实物理尺寸a的关于超声定量尺寸的概率分布模型：其中，LogNorm(μ,s)表示均值为μ，标准差为s的对数正态分布概率密度函数；S105.对于待测结构进行超声检测和超声缺陷定量，得到待测结构缺陷的超声定量尺寸，将待测结构的超声定量尺寸带入概率分布模型中，获取待测结构的真实缺陷尺寸的概率分布。在本申请的一个实施例中，给定超声定量尺寸即可得到真实缺陷尺寸的概率分布如图3所示。材料疲劳裂纹扩展公式一般形式为：最为常用的Paris公式，其形式为：在本申请的实施例中，以最为常用的Paris公式为例；所述步骤S2包括：S201.给定材料疲劳裂纹扩展模型：其中，a是裂纹尺寸，N是载荷循环数，C与m是模型参数，ΔK是载荷循环内的应力强度因子幅值，f(a)是和裂纹几何形状有关的几何修正函数，在本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建检出概率分布模型，获取待测结构的真实缺陷尺寸概率分布；S2.给定材料疲劳裂纹扩展模型，并计算待测结构的扩展模型参数联合概率分布；S3.通过蒙特卡罗仿真的方式，计算结构的失效概率随时间变化曲线，结合许用风险，确定结构的可用剩余寿命，作为许用寿命对待测结构进行延寿。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建检出概率分布模型，获取待测结构的真实缺陷尺寸概率分布；S2.给定材料疲劳裂纹扩展模型，并计算待测结构的扩展模型参数联合概率分布；S3.通过蒙特卡罗仿真的方式，计算结构的失效概率随时间变化曲线，结合许用风险，确定结构的可用剩余寿命，作为许用寿命对待测结构进行延寿。2.根据权利要求1所述的一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，其特征在于：所述步骤S1包括：S101.通过超声检测和超声缺陷定量试验，获取多组超声定量尺寸与缺陷物理尺寸a的关联数据，并保存到数据库；S102.构建缺陷物理尺寸a与超声定量尺寸的对数线性模型：S103.利用数据库中超声定量尺寸与缺陷物理尺寸α的关联数据，拟合计算得到参数α，β，及σ∈的无偏估计；S104.构建缺陷真实物理尺寸a的关于超声定量尺寸的概率分布模型：其中，LogNorm(μ,s)表示均值为μ，标准差为s的对数正态分布概率密度函数；S105.对于待测结构进行超声检测和超声缺陷定量，得到待测结构缺陷的超声定量尺寸，将待测结构的超声定量尺寸带入概率分布模型中，获取待测结构的真实缺陷尺寸的概率分布。3.根据权利要求1所述的一种基于超声无损定量检出概率的延寿方法，其特征在于：所述步骤S2包括：S201.给定材料疲劳裂纹扩展模型：其中，a是裂纹尺寸，N是载荷循环数，C与m是模型参数，ΔK是载荷循环内的应力强度因子幅值，f(a)是和裂纹几何形状有关的几何修正函数；S202.通过对待测结构进行疲劳试验获取多组da/dN与ΔK关联数据；S203.将材料疲劳裂纹扩展模型公式两边取对数，并利用da/dN与ΔK的关联数据，进行概率参数估计得到lnC、m的联合概率分布，即多参数正态分布，记为：f(lnC，m)～MVN(μ∑)；μ和∑分...

【专利技术属性】
技术研发人员：关雪飞，
申请(专利权)人：北京领示科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11