[發明專利]一種基于超聲定量數據的關鍵件疲勞壽命的定壽方法

在審

• 申請號: 201810632014.3
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108828069A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 關雪飛
• 申請（專利權）人: 北京領示科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種基于超聲定量數據的關鍵件疲勞壽命的定壽方法，包括以下步驟：利用超聲無損檢測設備對被測關鍵件進行掃查，確定被測關鍵件的缺陷位置和對應的超聲回波幅值信息；比對相同距離不同直徑平底孔或側邊孔的回波幅值，得到當量平底孔或側邊孔直徑；計算橢圓裂紋初始長度；基于斷裂力學的裂紋擴展機理，建立應力強度因子驅動的裂紋擴展模型；計算裂紋長度隨循環載荷數的結果，并將結果表示為裂紋擴展曲線，根據曲線確定裂紋擴展壽命；使用安全系數對結果進行修正，得到最終的剩余壽命。本發明能夠在超聲定量數據的基礎上，結合材料的裂紋擴展模型，準確分析出關鍵件的剩余壽命，有利于關鍵件所在設備設施的長期穩定使用。

技術領域

本發明關鍵件的疲勞壽命定壽，特別是涉及一種基于超聲定量數據的關鍵件疲勞壽命的定壽方法。

背景技術

結構完整性是重大裝備和關鍵基礎設施能夠長期、穩定、高效能運行的基礎。結構完整性是指關系到裝備安全使用、功能實現的結構強度、損傷容限及耐久性等裝備所要求的結構特性總稱。關鍵件是指其損壞、功能喪失等造成系統失效的零部件。關鍵件直接影響系統的安全和壽命的零部件，因此關鍵件的定壽是服役安全的重要指標之一。對于重大關鍵基礎設施、如電力行業的汽輪機、燃氣輪機等，海洋結構等，面臨到壽后延壽的重大需求。無損檢測及評估是實現上述需求的重要技術途徑。在五大無損檢測模態中，超聲檢測具有探測內部缺陷、無輻射、外場部署便捷等諸多優點，具有不可取代的技術優勢，成為無損檢測及評估的主流技術。

超聲無損檢測數據是指通過超聲無損檢測設備對被檢測物件進行掃查所獲得的原始數據，可以是設備屏幕上顯示的波形圖，或者是超聲數據分析軟件顯示的原始或經過處理的數據等。在超聲波探測的基礎上，對關鍵件疲勞壽命進行定壽，對于重大裝備和關鍵基礎設施能夠長期、穩定、高效的使用，具有非常重大的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于超聲定量數據的關鍵件疲勞壽命的定壽方法，能夠在超聲定量數據的基礎上，結合材料的裂紋擴展模型，準確分析出關鍵件的剩余壽命，有利于關鍵件所在設備設施的長期穩定使用。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于超聲定量數據的關鍵件疲勞壽命的定壽方法，包括以下步驟：

S1.缺陷篩查：利用超聲無損檢測設備對被測關鍵件進行掃查，確定被測關鍵件的缺陷位置，并記錄缺陷位置和對應的超聲回波幅值信息；

S2缺陷定量：比對相同距離不同直徑平底孔或側邊孔的回波幅值，得到當量平底孔或側邊孔直徑；

S3.初始裂紋長度轉換：根據平底孔或側邊孔的反射體面積，折算成相同面積的橢圓反射面，給定一個橢圓的短軸/長軸比例系數r，計算出橢圓裂紋的短軸半徑長度，作為橢圓裂紋初始長度a₀；

S4.建立裂紋擴展模型：基于斷裂力學的裂紋擴展機理，建立應力強度因子驅動的裂紋擴展模型：

式中，a為裂紋長度，N為載荷循環次數，f(a)是修正因子，ΔK是一個載荷循環下的應力強度因子范圍，K為應力強度因子，C和m是材料的裂紋擴展模型系數；修正因子f(a)和裂紋的幾何形狀、邊界距離相關；應力強度因子K和裂紋長度a、應力σ相關；

該模型中，應力幅值定義為Δσ＝σ_max-σ_min；材料的臨界應力強度因子K_c表征了裂紋能夠穩定擴展的最大應力強度因子,通過最大應力σ_max和K_c，即可計算出臨界裂紋長度a_c,當裂紋擴展至a_c時，裂紋迅速擴展并發生斷裂；