[發(fā)明專利]一種高溫工程結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310289224.4
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN103472135A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉;鐘萬里;軒福貞;劉長(zhǎng)虹;涂善東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院;華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/12
• 分類號(hào): G01N29/12;G01N21/88
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫工程結(jié)構(gòu)缺陷的辨識(shí)方法，尤其是涉及一種綜合采用三種技術(shù)對(duì)高溫工程結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的識(shí)別方法。?

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)中，如電廠、石化等，有相當(dāng)數(shù)量的高溫工程結(jié)構(gòu)工作在高溫高壓的環(huán)境下。這一類設(shè)備造價(jià)高，且大部分依靠進(jìn)口。因此通過壽命分析和管理，制定科學(xué)的維修規(guī)劃，對(duì)于保證最大限度地提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行至關(guān)重要。?

目前工業(yè)界對(duì)高溫工程結(jié)構(gòu)的壽命評(píng)估與管理，主要是基于對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行檢測(cè)。在對(duì)結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)主要采用的方法有：（1）基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)的核心思想在于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性(比如頻率、振型、模態(tài)阻尼等)是結(jié)構(gòu)物理參數(shù)(如質(zhì)量、阻尼和剛度)的函數(shù)，結(jié)構(gòu)損傷即意味著結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的改變，而物理參數(shù)的改變必然引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的改變。這項(xiàng)技術(shù)在橋梁等結(jié)構(gòu)中得到了有效的應(yīng)用。但是應(yīng)用這種方法需要在檢測(cè)部位設(shè)置傳感器，而且對(duì)于檢測(cè)到的缺陷，如果不是外部可觀察到的缺陷，一般只能確定大致的方位，不能確定缺陷所在具體位置和缺陷形狀、尺寸等細(xì)節(jié)。（2）紅外線熱成像檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)利用含缺陷的高溫構(gòu)件熱分布不均勻的特點(diǎn)，采用紅外線熱成像原理，可以準(zhǔn)確獲得高溫構(gòu)件內(nèi)部缺陷的形狀、尺寸等信息。但是對(duì)一個(gè)高溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行定期的每個(gè)部位詳細(xì)的掃描檢測(cè)，將是一個(gè)耗時(shí)費(fèi)力不可能進(jìn)行的工作。值得注意的是，在對(duì)高溫結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)識(shí)別方面，有學(xué)者提出利用有限元分析找出高溫構(gòu)件中的弱點(diǎn)部位方法，利用該方法可以通過對(duì)高溫構(gòu)件中的弱點(diǎn)部位重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，因此可以有效解決對(duì)于整個(gè)高溫結(jié)構(gòu)的檢測(cè)問題。?

綜上所述，由于上述各種技術(shù)各自存在的缺點(diǎn)，因此上述技術(shù)如果單獨(dú)使用，都無法有效地解決高溫工程結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的識(shí)別問題。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種無需中斷生產(chǎn)、不會(huì)損害設(shè)備、且試驗(yàn)周期短、費(fèi)用低廉、相當(dāng)敏感可滿足要求的基于固有頻率監(jiān)測(cè)、紅外成像監(jiān)測(cè)技術(shù)和有限元分析三者相結(jié)合的高溫工程結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的識(shí)別方法。?

解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：?

一種高溫工程結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)的識(shí)別方法，包括以下步驟：?

S1對(duì)高溫工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行有限元強(qiáng)度計(jì)算?

根據(jù)高溫工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，建立高溫工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體的有限元模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果找出結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)力較大的部位，該部位就是高溫工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)部位；?

具體包括以下子步驟：?

S1-1首先建立所要檢測(cè)的高溫結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體的有限元模型，例如管、板、梁桿等單元，按照工程實(shí)際情況例如結(jié)構(gòu)所承受外載荷、結(jié)構(gòu)支撐、管道的吊架等，確定有限元模型的邊界條件；?

S1-2對(duì)高溫工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元強(qiáng)度計(jì)算；?

S1-3根據(jù)對(duì)高溫工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有限元強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，找出應(yīng)力較大結(jié)構(gòu)薄弱部位，結(jié)合工程實(shí)際情況，確定為重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域；?

S2采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性檢測(cè)儀器檢測(cè)高溫工程結(jié)構(gòu)的固有頻率?

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果和工程實(shí)際情況，確定重點(diǎn)檢測(cè)的結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域后，在相應(yīng)的部位定期進(jìn)行固有頻率檢測(cè)；?

具體檢測(cè)方法如下：?

首先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同類型結(jié)構(gòu)檢測(cè)固有頻率?

為了能夠有效識(shí)別高溫結(jié)構(gòu)由于腐蝕等因素造成的缺陷，首先需要對(duì)于無缺陷結(jié)構(gòu)、含有不同尺寸的缺陷結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相應(yīng)的固有頻率，并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄存檔，以便以后與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)固有頻率數(shù)據(jù)比對(duì)；?

同時(shí)利用有限元分析方法計(jì)算出相應(yīng)結(jié)構(gòu)的固有頻率值，然后把有限元計(jì)算的固有頻率與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到修正系數(shù)；?

如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算結(jié)果相近，則可以忽略下面的修正系數(shù)。?

修正系數(shù)定義為：?

式中：ω_{i試驗(yàn)}：由試驗(yàn)獲得的結(jié)構(gòu)的第i階固有頻率；ω_i有限元：由有限元計(jì)算獲得的結(jié)構(gòu)第i階固有頻率；?

通過上述方法可以通過所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用有限元計(jì)算模擬計(jì)算出管道缺陷大小情況。在重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域安裝固定的傳感器，定期檢測(cè)結(jié)構(gòu)固有頻率。?

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)把每次測(cè)試得到的固有頻率試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和保存，特別是最初的檢測(cè)數(shù)據(jù)；在以后定期檢測(cè)時(shí)，應(yīng)與最初固有頻率試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較固有頻率的變化情況。同時(shí)利用含缺陷有限元固有頻率分析方法，估算出缺陷變化與固有頻率之間關(guān)系。?