[發(fā)明專利]一種基于三維分形維數(shù)的腐蝕疲勞剩余壽命預(yù)測方法

有效

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• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109471998B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張川;喬帆;申雨
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 上海互順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31332
• 代理人: 成秋麗

本發(fā)明提出了一種基于腐蝕表面三維分形維數(shù)的鋁合金結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測方法，首先通過圖像設(shè)備獲取鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕表面形貌，再利用三維分形維數(shù)算法計(jì)算腐蝕形貌分形維數(shù)，最后根據(jù)腐蝕形貌分形維數(shù)結(jié)合鋁合金非腐蝕S?N曲線得到含應(yīng)力集中鋁合金結(jié)構(gòu)剩余疲勞壽命。本發(fā)明方法基于鋁合金結(jié)構(gòu)實(shí)際腐蝕形貌，能夠更加準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞損傷嚴(yán)重程度。本發(fā)明方法無需額外的腐蝕疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也無需研究腐蝕表明蝕坑的細(xì)節(jié)尺寸及尺寸概率分布，就可計(jì)算得到不同結(jié)構(gòu)形式的腐蝕疲勞剩余壽命，具有通用性好，便于現(xiàn)場使用，計(jì)算成本和計(jì)算時(shí)間低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明方法可用于大型結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞剩余壽命的現(xiàn)場評估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞剩余壽命現(xiàn)場檢測計(jì)算方法，具體地說，涉及腐蝕形貌三維分形維數(shù)現(xiàn)場測量和計(jì)算方法，以及基于該分形維數(shù)的腐蝕疲勞剩余壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)

隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，大量在役大型結(jié)構(gòu)存在腐蝕損傷，加速結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)提前失效，嚴(yán)重影響使用安全。越來越多的大型設(shè)備需要對其腐蝕疲勞損傷及剩余壽命進(jìn)行評估以確保結(jié)構(gòu)使用安全，由于結(jié)構(gòu)尺寸較大，無法進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行腐蝕疲勞損傷評估，另一方面，現(xiàn)有國標(biāo)的腐蝕評定標(biāo)準(zhǔn)較為粗糙且僅僅對腐蝕損傷進(jìn)行評定，并不涉及腐蝕疲勞損傷，因此需要一種可以通過現(xiàn)場測試預(yù)測結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞剩余壽命的方法。

目前結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞損傷及剩余壽命主要是通過修正系數(shù)(C系數(shù))的方法對常規(guī)疲勞S-N曲線進(jìn)行修正后計(jì)算得到。該方法需要針對每種腐蝕環(huán)境進(jìn)行大量試驗(yàn)得到修正系數(shù)，當(dāng)腐蝕環(huán)境改變后該修正系數(shù)不再適用，因此不具有通用性，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了基于三維分形維數(shù)的腐蝕疲勞剩余壽命計(jì)算方法，目的在于提供一種較為經(jīng)濟(jì)且快速的，解決對在役金屬結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞損傷的現(xiàn)場測量、損傷評估及剩余壽命計(jì)算的方法，提高結(jié)構(gòu)使用安全性和可維護(hù)性。該方法首先通過手持式圖像采集設(shè)備獲取危險(xiǎn)部位腐蝕形貌，再利用本發(fā)明提供的計(jì)算方法計(jì)算得到腐蝕形貌的三維分形維數(shù)，最后基于該三維分形維數(shù)結(jié)合本發(fā)明中的公式計(jì)算得到結(jié)構(gòu)件腐蝕疲勞剩余壽命及其概率分布。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于三維分形維數(shù)的腐蝕疲勞剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：獲取腐蝕形貌

通過圖像設(shè)備獲取結(jié)構(gòu)疲勞危險(xiǎn)區(qū)域腐蝕形貌三維圖像并保存

步驟2：基于腐蝕形貌輪廓線計(jì)算三維分形維數(shù)

步驟2.1計(jì)算腐蝕形貌輪廓線分形維數(shù)

從腐蝕形貌三維圖形中提取n條輪廓線并計(jì)算獲得輪廓線分形維數(shù)F_L

步驟2.2計(jì)算腐蝕形貌三維分形維數(shù)

由輪廓線分形維數(shù)F_L根據(jù)式(1)計(jì)算得到整個(gè)腐蝕區(qū)域的三維分形維數(shù)

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步驟3：計(jì)算K_T＝1情況的腐蝕疲勞剩余壽命

無應(yīng)力集中腐蝕疲勞剩余壽命可根據(jù)式(2)結(jié)合三維分形維數(shù)F_A計(jì)算得到，在計(jì)算前需通過實(shí)驗(yàn)獲取材料常數(shù)a和b_σ0。

lg F_A＝a lg N+b_σ0 (2)

需要說明的是，對于同一種材料，僅需測得材料常數(shù)a和b_σ0一次即可，后續(xù)再次對該類材料計(jì)算時(shí)可直接使用該材料常數(shù)，無需重新測試。

由三維分形維數(shù)F_A,材料常數(shù)a和b_σ0采用式(2)即可得到非缺口件腐蝕疲勞剩余壽命。

步驟4：計(jì)算腐蝕疲勞缺口系數(shù)