压载荷作用下含复合型裂纹结构的完整性评定方法技术

本发明专利技术公开了一种受压载荷含复合型裂纹结构的完整性评定方法，包括：对含复合型裂纹结构几何尺寸和缺陷尺寸进行表征；计算极限载荷

【技术实现步骤摘要】
压载荷作用下含复合型裂纹结构的完整性评定方法


[0001]本专利技术属于故障诊断与健康维护技术，具体涉及一种压载荷作用下含复合型裂纹结构的完整性评定方法
。

技术介绍

[0002]高端装备制造业作为现代工业体系的脊梁，是以高新技术为引领的，决定整个产业链综合竞争力的战略性新兴产业
。
其中，故障诊断与健康维护技术作为九类关键智能基础共性技术中不可缺少的一环，对预测设备与结构的故障并提供维修建议起到了至关重要的作用
。
含缺陷结构的完整性评定属于健康维护技术，其目的在于为设备和工程结构提供健康管理策略，优化使用和维护，降低维护成本
。
极端条件下压力容器
、
压力管道等各种工程结构和设备在制造和服役过程中不可避免会产生缺陷，因此含缺陷结构的完整性评定对保证设备的安全运行起到重要作用
。
对于含缺陷结构的完整性评价，目前已有多个方法提供保障，包括
COD
曲线法
、
应力强度因子法
、J
判据法，以及目前最常用的失效评定图法
。
失效评定图方法基于断裂力学原理和结构强度理论，将脆性断裂失效和极限载荷失效表征于同一个二维坐标系故又称为双判据法
。
因此，传统的失效评定图法只是考虑了断裂失效模式，没有考虑屈曲失效对含缺陷结构完整性评价的影响
。
[0003]专利
CN115169115A《
基于应变的管道环焊缝失效评估图方法r/>、
设备及储存介质
》
中介绍一种基于应变的管道环焊缝失效评估图，准确表征了焊缝强度匹配对结构断裂的影响；专利
CN112287577A《
纳入面内与面外统一拘束的结构完整性评定方法
》
中提出基于统一拘束参数的失效评定图，提高失效评定图的评定精度
。
以上专利均涉及对失效评定图的改进，但没有专利考虑压载荷下含复合型裂纹结构屈曲失效对于缺陷评定的影响
。
含缺陷的结构不仅会发生断裂失效，还会发生屈曲失效，这取决于结构的几何尺寸
、
缺陷尺寸
、
材料属性和载荷等
。
当含缺陷的结构发生屈曲失效时，传统断裂失效评定图是不适用的
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种压载荷作用下含复合型裂纹结构的完整性评定方法，该方法较传统基于断裂失效的失效评定法，全面考虑了压载荷下含复合型裂纹结构的可能失效模式，解决了当含缺陷的结构发生屈曲失效时，传统断裂失效评定图不适用的问题，可以提高压载荷下含表面裂纹结构完整性评定的准确性
。
[0005]实现本专利技术的技术解决方案为：一种压载荷作用下含裂纹结构的完整性评定方法，步骤如下：
[0006]步骤
S1
：对待评定的含复合型裂纹结构的几何尺寸和缺陷尺寸进行表征，并确定上述含复合型裂纹结构的材料属性，转入步骤
S2。
[0007]步骤
S2
：根据几何尺寸
、
缺陷尺寸和材料属性，将载荷形式设置为压载荷，建立含复合型裂纹结构的有限元模型，再通过有限元方法确定含复合型裂纹结构的极限载荷
P
L
和屈曲载荷
P
B
，并且确定不同载荷比下的断裂载荷比集合
L
r
、
屈曲载荷比集合
B
r
以及断裂比集
合
K
r
，转入步骤
S3。
[0008]步骤
S3
：根据
L
r
、B
r
和
K
r
，参照
GB/T 19624
‑
2019
规范，建立含复合型裂纹结构的失效评定曲线，包括基于断裂失效的失效评定曲线以及基于屈曲失效的失效评定曲线
。
[0009]基于断裂失效的失效评定曲线表达式
f(L
r
)
如下：
[0010]f(L
r
)
＝
K
r
，
L
r
≤L
rmax
[0011]基于屈曲失效的失效评定曲线表达式
f(B
r
)
如下：
[0012]f(B
r
)
＝
K
r
，
B
r
≤B
r max
[0013]其中，
L
rmax
为基于断裂失效的失效评定曲线截止线值，
B
rmax
为基于屈曲失效的失效评定曲线截止线值
。
[0014]转入步骤
S4。
[0015]步骤
S4
：根据含复合型裂纹结构失效评定曲线构建上述含复合型裂纹结构三维失效评定曲线，具体如下：
[0016]S41、
建立三维失效评定曲线表达式
f(L
r
,B
r
)
：
[0017]f(L
r
,B
r
)
＝
K
r
[0018]S42、
绘制三维失效评定曲线：
[0019]在含复合型裂纹结构三维失效评定曲线中，
L
r
、B
r
、K
r
分别对应代表
X
轴
、Y
轴和
Z
轴，三维失效评定曲线在
L
r
‑
K
r
平面内的投影线为断裂失效评定曲线，在
B
r
‑
K
r
平面内的投影线为屈曲失效评定曲线
。
再将断裂失效评定曲线截止线和屈曲失效评定曲线截止线分别投影到三维失效评定曲线上，构成三维失效评定曲线的两条截止线，进而得到三维失效评定曲线
。
[0020]转入步骤
S5。
[0021]步骤
S5
：对含复合型裂纹结构施加某一个压载荷
F
，当前工况下的评定点坐标为
(L
r*
,B
r*
,K
r*
)
，具体如下：
[0022][0023][0024][0025]其中，
L
r*
代表评定点在
X
轴上的位置，
B
r*
代表评定点在
Y
轴上的位置，
K
r*
代表评定点在
Z
轴上的位置
。F
为对含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种压载荷作用下含裂纹结构的完整性评定方法，其特征在于，步骤如下：步骤
S1
：对待评定含复合型裂纹结构的几何尺寸和缺陷尺寸进行表征，并确定上述含复合型裂纹结构的材料属性，转入步骤
S2
；步骤
S2
：根据几何尺寸
、
缺陷尺寸和材料属性，将载荷形式设置为压载荷，建立含复合型裂纹结构的有限元模型，再通过有限元方法确定含复合型裂纹结构的极限载荷
P
L
和屈曲载荷
P
B
，并且确定不同载荷比下的断裂载荷比集合
L
r
、
屈曲载荷比集合
B
r
以及断裂比集合
K
r
，转入步骤
S3
；步骤
S3
：根据
L
r
、B
r
和
K
r
，参照
GB/T 19624
‑
2019
规范，建立含复合型裂纹结构失效评定曲线，包括基于断裂失效的失效评定曲线以及基于屈曲失效的失效评定曲线；基于断裂失效的失效评定曲线表达式
f(L
r
)
如下：
f(L
r
)
＝
K
r
，
L
r
≤L
rmax
基于屈曲失效的失效评定曲线表达式
f(B
r
)
如下：
f(B
r
)
＝
K
r
，
B
r
≤B
rmax
其中，
L
rmax
为基于断裂失效的失效评定曲线截止线值，
B
rmax
为基于屈曲失效的失效评定曲线截止线值；转入步骤
S4
；步骤
S4
：根据含复合型裂纹结构失效评定曲线构建上述含复合型裂纹结构三维失效评定曲线，具体如下：
S41、
建立三维失效评定曲线表达式
f(L
r
,B
r
)
：
f(L
r
,B
r
)
＝
K
r
S42、
绘制三维失效评定曲线：在含复合型裂纹结构三维失效评定曲线中，
L
r
、B
r
、K
r
分别对应代表
X
轴
、Y
轴和
Z
轴，三维失效评定曲线在
L
r
‑
K
r
平面内的投影线为断裂失效评定曲线，在
B
r
‑
K
r
平面内的投影线为屈曲失效评定曲线；再将断裂失效评定曲线截止线和屈曲失效评定曲线截止线分别投影到三维失效评定曲线上，构成三维失效评定曲线的两条截止线，进而得到三维失效评定曲线；转入步骤
S5
；步骤
S5
：对含复合型裂纹结构施加某一个压载荷
F
，当前工况下的评定点坐标为
(L
r*
,B
r*
,K
r*
)
，具体如下：，具体如下：，具体如下：其中，
L
r*
代表评定点在
X
轴上的位置，
B
r*
代表评定点在
Y
轴上的位置，
K
r*
代表评定点在
Z
轴上的位置；
F
为对含复合型裂纹结构施加的某一个压载荷；
K
为裂纹尖端应力强度因子；
K
c
为材料断裂韧度；转入步骤
S6
；
步骤
S6
：判断评定...

【专利技术属性】
技术研发人员：周昌玉，唐健，张雨宸，姚锡铭，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：