[發明專利]高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測方法

有效

• 申請號: 201710566611.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109255137B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 徐連勇;鄔棟權;荊洪陽;韓永典;趙雷;呂小青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發明公開了高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測方法，包括以下步驟：(1)首先確定高溫管道中橢圓形周向外表面裂紋的裂紋深度比率a/t、裂紋長度比率a/c、內壓P，其中a為裂紋深度，t為管道厚度，2c是裂紋長度，a、t、c的單位均為mm，P的單位為MPa；(2)將內壓P歸一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，將P′以及步驟(1)中的a/t、a/c，代入本發明擬合的函數關系中，計算得到tsubgt;i/subgt;。本發明的有益效果是:利用大量模擬數據，擬合提出了高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測方法，使得孕育期的預測更加簡單方便。

技術領域

本發明涉及高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測工程臨界評價，或者，就是確定高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋下時，評價此高溫管道的孕育期。

背景技術

高溫環境下服役的蒸汽管道，在生產和服役的過程中難免會產生各種缺陷。蠕變裂紋的萌生和擴展是含缺陷高溫構件的一個主要失效機制，并導致其在設計壽命之前失效。而蠕變裂紋的孕育期在高溫部件的服役壽命中占有很大比重，為了確保高溫環境下服役的部件的可靠性，對蠕變裂紋孕育期的研究也就顯得愈加重要。蠕變萌生定義為顯微裂紋(或孔洞)首次連接形成主要裂紋的時間。而孔洞和顯微裂紋的產生和長大連接過程稱為損傷。大量的理論和實驗證明，蠕變裂紋萌生以及擴展是造成服役管道失效的主要原因。

國外學者提出了基于韌性耗散模型改進后的孕育期預測模型，該模型考慮了在不同應力狀態下所發生的蠕變萌生。但是該預測模型目前只是用于標準的緊湊拉伸試樣的孕育期預測，對于實際的服役管道的應用還有一定局限。所以，亟需提出一個有效的計算高溫管道中孕育期預測模型，以簡化工程應用。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測方法，包括以下步驟：

(1)首先確定高溫管道中橢圓形周向外表面裂紋的裂紋深度比率a/t、裂紋長度比率a/c、內壓P，其中a為裂紋深度，t為管道厚度，2c是裂紋長度，a、t、c的單位均為mm，P的單位為MPa；

(2)將內壓P歸一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，將P′以及步驟(1)中的a/t、a/c，代入下述關系式中，計算得到t_i：

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明公開了一種高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測模型和方法，本發明利用大量模擬數據，擬合提出了含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測模型。使用高溫管道模型，計算提取孕育期，本發明的有益效果是:提出了高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測模型，本設計方法能夠將簡化的高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期的模型中。

附圖說明

圖1所示為本發明的高溫管道含橢圓形周向外表面裂紋的有限元模型示意圖。

圖2所示為圖1中裂紋前沿的結構示意圖，即裂紋前沿的周向截面圖。

具體實施方式

下面結合具體實例進一步說明本發明的技術方案。

本發明的高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測方法，包括以下步驟：

S1：建立如圖1所示的高溫管道中含橢圓形周向外表面裂紋的孕育期預測模型，所述模型包括高溫管道本體，在高溫管道周向截面上插入預制外表面裂紋，所述高溫管道本體的內部施加恒定壓力載荷，所述壓力載荷的方向垂直于管道管壁。通過后處理中的自定義變量獲取損傷值隨時間的變化，當所研究的裂紋前沿位置(如圖1所示，裂紋前沿位置是指裂紋端部在周向截面上的部分)d(mm)的損傷值ω最先達到的位置為萌生位置，對應的時間即為孕育期；d是判定蠕變萌生發生時裂尖前蠕變損傷達到1所延伸的距離，即蠕變萌生發生的臨界距離，d取所研究材料的晶粒尺寸。