高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法技术

本发明专利技术公开了一种高温管道含椭圆形轴向内表面裂纹的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：(1)确定高温管道中椭圆形轴向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中：a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度；(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c代入本发明专利技术拟合的算式中，计算即可得到蠕变孕育期，本发明专利技术的有益效果是：利用大量模拟数据，拟合提出了含椭圆形轴向内表面裂纹的管道的蠕变孕育期预测公式，使得高温管道含椭圆形轴向内表面裂纹的蠕变孕育期的预测更加简单方便。

Prediction method for incubation period of elliptical axial inner surface cracks in high temperature pipelines

The invention discloses a creep incubation period prediction method for high temperature pipeline containing elliptical axial inner surface crack, which includes the following steps: (1) determining the crack depth ratio a/t, crack length ratio a/c and internal pressure P of elliptical axial inner surface crack in high temperature pipeline, where a is crack depth, t is pipeline thickness and 2C is crack length; (2) normalizing internal pressure P to obtain P', where P'. P'= P/(1MPa). The creep incubation period can be calculated by substituting P', a/t and a/c in step (1) into the fitting formula of the present invention. The beneficial effect of the present invention is that the prediction formula for creep incubation period of pipelines containing elliptical axial inner surface cracks is fitted and put forward by using a large number of simulation data, so that the creep incubation period of high temperature pipelines containing elliptical axial inner surface cracks can be predicted. The measurement is more simple and convenient.

【技术实现步骤摘要】
高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法
本专利技术涉及高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测工程临界评价，也就是确定高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹时，评价此高温管道的孕育期。
技术介绍
高温环境下服役的蒸汽管道，在生产和服役的过程中难免会产生各种缺陷。蠕变裂纹的萌生和扩展是含缺陷高温构件的一个主要失效机制，并导致其在设计寿命之前失效。而蠕变裂纹的孕育期在高温部件的服役寿命中占有很大比重，为了确保高温环境下服役的部件的可靠性，对蠕变裂纹孕育期的研究也就显得愈加重要。蠕变萌生定义为显微裂纹(或孔洞)首次连接形成主要裂纹的时间。而孔洞和显微裂纹的产生和长大连接过程称为损伤。大量的理论和实验证明，蠕变裂纹萌生以及扩展是造成服役管道失效的主要原因。国外学者提出了基于韧性耗散模型改进后的孕育期预测模型，该模型考虑了在不同应力状态下所发生的蠕变萌生。但是该预测模型目前只是用于标准的紧凑拉伸试样的孕育期预测，对于实际的服役管道的应用还有一定局限。所以，亟需提出一个有效的计算高温管道中孕育期预测模型，以简化工程应用。
技术实现思路
本专利技术的一种高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：(1)确定高温管道中椭圆形轴向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中：a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c，代入下述关系式式I中，计算得到孕育期ti，其中ti的单位为h：优选的，所述高温管道为电站锅炉的服役温度650度下的管道。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了一种高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法，本专利技术利用大量模拟数据，拟合提出了含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测公式，将管道的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、归一化的内压P′直接代入公式即可预测出孕育期,简化工程应用。附图说明图1所示为本专利技术的高温管道含椭圆形轴向内表面裂纹的有限元模型示意图。图2所示为图1中裂纹前沿的结构示意图，即裂纹前沿的轴向截面图。具体实施方式下面结合具体实例进一步说明本专利技术的技术方案。本实施例的高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：S1：建立高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测模型，所述模型包括高温管道本体，所述管道本体的内部施加恒定压力载荷，所述压力载荷的方向垂直于管道管壁，管道的厚度方向设有预制椭圆形轴向内表面裂纹，裂纹前沿在轴向截面上，有限元模型见图1。通过后处理中的自定义变量获取损伤值随时间的变化，所研究的裂纹前沿位置(如图1所示，裂纹前沿位置是指裂纹端部在轴向截面上的部分)d(mm)的损伤值ω最先达到1的位置为萌生位置，对应的时间即为孕育期；d是判定蠕变萌生发生时裂纹前沿蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离，d取所研究材料的晶粒尺寸。S2：通过有限元模拟可以获得含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期；在不同的几何尺寸和载荷条件下，获得的具体数据。其中孕育期ti的有限元模拟采用abaqus完成，ti的提取过程包括以下步骤：(1)在S1建立的模型基础上，在材料属性模块里设置弹性塑性参数，在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件，所述拘束条件包括对称条件和固定条件，在分析步模块里设置好输出参量：损伤值ω，在网格模块划分网格；(2)在作业模块提交任务计算，获得管道蠕变的计算结果，结果文件中，从自定义变量中可以获取损伤值ω；(3)通过后处理中的自定义变量获取损伤值随时间的变化，当所研究的裂纹前沿位置d的损伤值ω达到1的时候即为孕育期；(4)得到不同裂纹深度比率a/t(其中a(mm)为裂纹深度，t(mm)为管道厚度(见图2)。)、裂纹长度比率a/c(2c(mm)是裂纹长度)、内压P(MPa)情况下的孕育期ti(h)数据；S3：根据数据建立孕育期ti关于裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P等变量的函数；其中：P′是归一化的内压：P′＝P/(1MPa)本实施例选取P92高温耐热钢，以a/t＝0.3，a/c＝0.65，P＝20MPa，的含椭圆形轴向内表面裂纹的高温管道作为研究对象。其主要材料属性见下表：(1)确定裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P等参数：a/t＝0.3，a/c＝0.65，P＝20MPa；(2)带入上述公式中计算含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测模型：P′＝20以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出的是，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定高温管道中椭圆形轴向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中：a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c，代入下述关系式式I中，计算得到孕育期ti，其中ti的单位为h：

【技术特征摘要】
1.高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定高温管道中椭圆形轴向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中：a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；(2)将内压P归...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐连勇，邬栋权，荆洪阳，韩永典，赵雷，吕小青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12