[發明專利]點蝕隨機分布的圓柱殼數值模型的參數化構建方法

有效

• 申請號: 201510238911.2
• 申請日: 2015-05-12
• 公開（公告）號: CN104834783B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 王仁華;孫潔;方媛媛
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種點蝕隨機分布的圓柱殼數值模型參數化構建方法，先在有限元軟件中對圓柱殼和點蝕坑的尺寸進行參數化設置，將圓柱殼的幾何模型劃分為大小均勻的幾何網格，并將幾何網格的角點處作為點蝕坑可能出現的位置；再產生隨機數確定點蝕坑的位置及深度，每產生一個新的點蝕坑均須判斷其是否與已有的點蝕坑發生重疊，如有重疊則重新產生隨機數確定點蝕坑位置；利用點蝕坑的幾何參數在圓柱殼上構造出點蝕坑的幾何模型，建立點蝕坑隨機分布的圓柱殼的整體幾何模型；最后將整體幾何模型分組，并對整體幾何模型劃分有限元網格，構建出點蝕隨機分布的圓柱殼數值模型，本發明構建的數值模型具有普遍性和真實性。

技術領域

本發明涉及受點坑腐蝕構件的數值模型構建技術，具體是點坑腐蝕隨機分布的圓柱殼數值模型的參數化構建方法，可模擬圓柱殼上的點蝕坑分布位置及壁厚損傷深度的隨機狀態，用于研究隨機分布的點蝕損傷引起圓柱殼結構的應力集中問題，揭示點蝕損傷影響結構承載力的規律。

背景技術

樁基式平臺的樁腿、海底管道等構件長期處于腐蝕性的海洋環境，腐蝕引起的構件承載力削弱在所難免，但因腐蝕機理復雜，揭示腐蝕引起的結構靜、動力強度和疲勞壽命退化的機理正成為海洋油氣開發、輸送相關行業技術攻關的熱點。一般腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕兩種，坑點腐蝕是典型的局部腐蝕(又稱非均勻腐蝕)，是由于金屬表面物理和化學的不均勻性所引起的，常見且危害極大，嚴重的坑點腐蝕可能使金屬殼板穿透，會引起流體泄漏、火災、爆炸、構件斷裂、結構倒塌等事故。

在點蝕損傷構件的承載力研究方面，美國石油協會API579-1規范提出一個經驗公式計算8種標準點蝕模態的金屬管道的剩余強度，但在確定點蝕模態時人為因素影響過大。中國專利公開號為CN103558356A、名稱為“一種含點蝕金屬管道剩余強度的無縫表征模型”提出利用點蝕面積占有比m和剩余壁厚比Rwt兩個參數表征包含并介于8種標準點蝕之間的點蝕模態，并將其引入API規范計算點蝕管道的剩余強度計算，但其并未對點蝕的分布模式作出本質的創新，無法體現點蝕分布模式的差異對構件承載力的影響。

點蝕是由環境腐蝕、結構應力腐蝕、材料缺陷等多種因素共同作用的結果，其在構件上的形態分布完全處于隨機狀態，在點蝕分布模型的研究方面還未取得有共識的成果。中國專利公告號為CN203132482U、名稱為“一種點蝕坑深度測量儀”和中國專利公開號為CN103969472A、名稱為“一種點蝕形成過程的原位觀測裝置及方法”的文獻分別公開了測量點蝕坑深度和點蝕形成過程形貌特征原位動態觀測裝置及方法，中國專利公開號為CN102708588A的文獻公開了一種金屬平板點蝕損傷形貌三維重建方法，但這些測量儀器和方法均須采用復雜的成像設備、傳感器和先進的計算工具等設備和配件，且測試過程和方法極為復雜，目前只能解決特定點蝕構件的模型構建問題，還無法為開展大量的科學研究提供所需的大批量計算模型。也正是因為實測點蝕數據設備的欠缺及其高昂的測試成本，至今還未見報道涉及建立較為真實的點蝕損傷構件模型的技術，限制了點蝕損傷影響結構承載力的研究進展。

構件的材料分布不均勻、海水沖刷的力度不均以及防腐層的分布都有可能造成非均勻腐蝕，且點蝕的產生是隨機的。隨著有限元軟件和計算機技術的發展，利用數值模型代替高昂的實驗模型開展理論研究已是一種趨勢，可利用數值模型得到一些普遍的規律后指導物理模型實驗，節省研究成本。但現有研究所采用的點蝕構件（僅板件有報道，圓柱殼還未見報道）數值模型，均只能通過在構件上均布或在指定位置上構建點蝕來研究點蝕對構件承載力的影響，所建立的數值模型具有特定性，缺乏普遍性，無法開展大量的理論研究和分析，也不符合實際觀測到的點蝕分布狀況。因此，有必要構建出隨機分布點蝕損傷構件的模型，推進點蝕損傷結構強度的相關研究進展。

發明內容