金属结构应力腐蚀寿命计算方法、电子设备及其工程结构维护方法技术

本申请公开了一种金属结构应力腐蚀全寿命计算方法、电子设备及其工程结构维护方法。该方法包括：获取所述结构缺陷的初始尺寸；通过第一模型预测所述结构的缺陷发展速率；缺陷发展速率以电化学反应为主导；通过第二模型预测所述结构的裂纹扩展速率；裂纹扩展速率以机械载荷为主导；在缺陷发展速率与裂纹扩展速率相等时，确定结构缺陷从腐蚀坑状态转换为裂纹萌生状态；通过第二模型预测处于裂纹萌生状态的结构裂纹扩展。的结构裂纹扩展。的结构裂纹扩展。

【技术实现步骤摘要】
金属结构应力腐蚀寿命计算方法、电子设备及其工程结构维护方法


[0001]本申请涉及缺陷检测
，尤其涉及一种金属结构应力腐蚀寿命计算方法、电子设备及其工程结构维护方法。

技术介绍

[0002]金属材料在腐蚀环境下使用时，经常出现因应力腐蚀破坏而导致的结构缺陷。图1为典型的腐蚀缺陷发展过程。如图1所示，其大致可以分为缺陷成核、缺陷增长、缺陷向裂纹转变和裂纹扩展的四个阶段。其中，缺陷成核和增长阶段的主导因素为腐蚀环境的电化学反应。而当金属表面产生宏观可见裂纹时，机械载荷因素主导裂纹扩展，虽然腐蚀介质会加速结构表面裂纹的扩展速率，但电化学反应已经不起主导作用。
[0003]目前有许多关电化学反应腐蚀和应力腐蚀这两种不同结构缺陷类型的分析模型。但是，缺乏对金属材料的结构缺陷发展过程的全寿命计算方法，也没有能够应用于工程实际计算的流程。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供寿命计算方法、电子设备及其工程结构维护方法，旨在解决现有分析模型的至少一种缺陷。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种结构缺陷的寿命计算方法。该方法包括：获取所述结构缺陷的初始尺寸；通过第一模型预测所述结构缺陷的缺陷发展速率；所述缺陷发展速率以电化学反应为主导；通过第二模型预测所述结构缺陷的裂纹扩展速率；所述裂纹扩展速率以机械载荷为主导；在所述缺陷发展速率与裂纹扩展速率相等时，确定所述结构缺陷从腐蚀坑状态转换为裂纹萌生状态；通过第二模型预测所述处于裂纹萌生状态的结构缺陷的变化。
[0006]在一些实施例中，所述通过第二模型预测所述处于裂纹萌生状态的结构缺陷的变化，具体包括：获取所述结构缺陷的萌生裂纹尺寸；计算所述结构缺陷的裂纹限值尺寸；在所述萌生裂纹尺寸大于等于所述裂纹限值尺寸时，确定所述结构缺陷进入裂纹扩展状态；在所述萌生裂纹尺寸小于所述裂纹限值尺寸时，确定所述结构缺陷不发生裂纹扩展。
[0007]在一些实施例中，所述计算所述结构缺陷的裂纹限值尺寸，具体包括：对结构部件进行应力计算分析，确定感兴趣部位的应力载荷；获取所述结构部件的金属材料的应力强度因子限值；结合所述感兴趣部位的应力载荷和所述金属材料的应力强度因子限值，确定所述裂纹限值尺寸。
[0008]在一些实施例中，在确定所述结构缺陷进入裂纹扩展状态之后，所述方法还包括：获取所述结构缺陷的腐蚀坑扩展时间和裂纹扩展时间；根据所述腐蚀坑扩展时间和裂纹扩展时间，计算确定所述结构缺陷从所述腐蚀坑状态到裂纹扩展状态的总时间；其中，所述腐蚀坑扩展时间是：基于所述第一模型预测获得的，结构缺陷从腐蚀坑状态转换为裂纹萌生
状态经历的时间；所述裂纹扩展时间是：基于所述第二模型预测获得的，结构缺陷从裂纹萌生状态至裂纹扩展状态经历的时间。
[0009]在一些实施例中，所述通过第一模型预测所述结构缺陷的缺陷发展速率，具体包括：确定结构部件工作的腐蚀环境和腐蚀电流系数；根据所述腐蚀环境和腐蚀电流系数，通过所述第一模型计算所述结构缺陷的缺陷发展速率。
[0010]在一些实施例中，所述缺陷发展速率通过如下算式计算确定：
[0011]其中，α为腐蚀坑的深度，t为腐蚀时间，M为金属原子量；Z为金属离子的化合价，I
p
为腐蚀坑处的腐蚀电流强度，ρ为金属材料的密度。
[0012]在一些实施例中，所述腐蚀坑处的腐蚀电流强度通过如下算式计算确定：其中，I
corr
为腐蚀电流系数，E
α
为活化能，R为绝对气体常数，T为环境的绝对温度。
[0013]在一些实施例中，所述通过第二模型预测所述结构缺陷的裂纹扩展速率，具体包括：所述第二模型为Paris模型；所述裂纹扩展速率通过如下算式计算确定：其中，C为Paris模型的系数，n为Paris模型的指数；K为裂纹尖端的应力强度因子。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备。该电子设备包括处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器调用时，以使所述处理器执行如上所述的寿命计算方法。
[0015]第三方面，本申请实施例提供了一种工程结构维护方法。该方法包括：确定目标结构部件存在的一个或者多个结构缺陷；应用如上所述的寿命计算方法，获得所述结构缺陷在腐蚀环境下的寿命预测结果；根据所述寿命预测结果，确定所述目标结构部件的运行状态。
[0016]本申请的至少一个有益效果是：建立了从腐蚀坑至应力腐蚀裂纹扩展阶段的结构缺陷所经历的全过程寿命计算方法及其相应的分析流程，可以据此快速完成腐蚀环境下，结构缺陷的全寿命计算，帮助评定结构部件的运行安全性，提前预判结构部件是否处于危险状态，并能够在特定的检修周期内完成结构的检修和安全维护，有利于降低实际使用过程中的运行和维护成本。
附图说明
[0017]图1是典型的结构缺陷的发展状态示意图；
[0018]图2是本申请实施例的寿命计算方法的方法流程图；
[0019]图3是本申请另一实施例的寿命计算方法的方法流程图
[0020]图4是本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0021]为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。
需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0022]除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0023]此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0024]如图1所示，在结构缺陷的前两个阶段(即缺陷成核和缺陷增长阶段)时，其可以被称为“腐蚀坑”。该腐蚀坑的主导因素是腐蚀环境下的为电池化学反应。该腐蚀坑的形状和发展通常受到诸如材料的微观结构、应力、腐蚀环境、蚀坑内局部环境、材料加工过程以及邻近点蚀坑贯通等的因素影响。在腐蚀坑或者结构缺陷的尺寸发展到一定深度以后，结构缺陷将开始向裂纹转变(也可以将其称为裂纹萌生状态)，产生宏观可见的裂纹。而在此之后，将由机械载荷因素替代电化学反应主导裂纹扩展。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属结构应力腐蚀的全寿命计算方法，其特征在于，包括：获取结构的缺陷初始尺寸；通过第一模型预测所述结构的缺陷发展速率；所述缺陷发展速率以电化学反应为主导；通过第二模型预测所述结构的裂纹扩展速率；所述裂纹扩展速率以机械载荷为主导；在所述缺陷发展速率与裂纹扩展速率相等时，确定所述结构的缺陷从腐蚀坑状态转换为裂纹萌生状态；通过第二模型预测所述处于裂纹萌生状态的结构裂纹扩展。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过第二模型预测所述处于裂纹萌生状态的结构裂纹扩展，具体包括：获取所述结构的缺陷的萌生裂纹尺寸；计算所述结构的缺陷的裂纹限值尺寸；在所述萌生裂纹尺寸大于等于所述裂纹限值尺寸时，确定所述结构的缺陷进入裂纹扩展状态；在所述萌生裂纹尺寸小于所述裂纹限值尺寸时，确定所述结构的缺陷不发生裂纹扩展。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算所述结构的缺陷的裂纹限值尺寸，具体包括：对结构部件进行应力计算分析，确定感兴趣部位的应力载荷；获取所述结构部件的金属材料的应力强度因子限值；结合所述感兴趣部位的应力载荷和所述金属材料的应力强度因子限值，确定所述裂纹限值尺寸。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定所述结构的缺陷进入裂纹扩展状态之后，所述方法还包括：获取所述结构的缺陷的腐蚀坑扩展时间和裂纹扩展时间；根据所述腐蚀坑扩展时间和裂纹扩展时间，计算确定所述结构的缺陷从所述腐蚀坑状态到裂纹扩展状态的总时间；其中，所述腐蚀坑扩展时间是：基于所述第一模型预测获得的，结构的缺陷从腐蚀坑状态转换为裂纹萌生状态经历的时间；所述裂纹扩展时间是：基于所述第二模型预测获得的，结构的缺陷从裂纹萌生状态至裂纹扩展状态经历的时间。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，马静，
申请(专利权)人：上海瑞流信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：