[發(fā)明專利]利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法

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• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111125957A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 耿進鋒;王超;姚德貴;馬磊;時洪飛;崔大田;陳偉;汪毅;王玉杰;肖寒;趙理;潘勇;史紅偉;張武能
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 鄭州知己知識產權代理有限公司 41132
• 代理人: 季發(fā)軍

1.利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：包括COD法和應力強度因子法，所述COD法包括以下步驟：

S1：計算焊接缺陷的當量裂紋尺寸A；

S2：計算應變ε；

S3：計算計算最大容許缺陷尺寸Am；

S4：焊接缺陷進行評定。

2.根據(jù)權利要求1所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述步驟S1包括：

對表面裂紋、埋藏裂紋及穿透裂紋的折算方法為：

a.長2c的穿透裂紋：A=c

b.長2c、高2a的埋藏裂紋：A=a(Ω/ψ)，

其中： ψ--第二類橢圓積分，h--裂紋距表面的距離(埋藏裂紋)，Ω及ψ值可由相關表查得。

c.長2c、深a的表面裂紋:A=a(F/ψ)2

式中： (a/c0)；

(a/c=0)。

3.根據(jù)權利要求1所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述步驟S2包括：計算應變ε包括作用在缺陷部位由外載引起的應力及薄壁離心混凝土鋼管在制造過程中帶來的焊接殘余應力，

其中，外載引起的應力:

σ1--沿截面均勻分布的拉應力；

σ2--沿截面線性分布的面外彎曲應力；

焊接殘余應力σ3；

總應力: σ=σ1+σ2 +σ3；

總應變: ε=ε1+ε2+ε3；

ε1=σ1/E(σ1σS)，ε2=σ2/E，ε3 =σ3/E

當σ1+σ2σS時，用以下方法估算總應變:

①進行彈-塑性分析或有限元計算，求得最大等效應變量；

②用實驗應力分析方法確定缺陷部位的實際應變量；

③參照己有的試驗數(shù)據(jù)估算缺陷部位的最大等效應變量；

④也可參照推薦的方法近似計算缺陷部位的峰值應變。

4.根據(jù)權利要求1所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述步驟S3計算最大容許缺陷尺寸Am：

(ε/εs≤1)

(ε/εs1)。

5.根據(jù)權利要求4所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述步驟S4為：當AAm時，則所評定的缺陷是允許的；

當A＞Am時，則所評定的缺陷是不允許的。

6.根據(jù)權利要求1所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述應力強度因子法包括以下步驟：

當缺陷部位無缺陷時的總應力低于材料的屈服強度時，可用此方法進行評定。

S6：按不同裂紋種類計算等效拉應力；

S7：計算應力強度因子；

缺陷簡化后，三種類型裂紋的應力強度因子按下式計算：

KI=σ(πC)1/2 (穿透裂紋)

KI=Ω(πa)1/2 /Ψ (埋藏裂紋)

KI=Eσ(πa)1/2 /Ψ(表面裂紋)

式中：C--穿透裂紋半長；

a--厚度方向埋藏裂紋高度的1/2或表面裂紋深度；

Ψ--第二類完全橢圓積分；

Ω--與埋藏裂紋高度a及裂紋位置有關的中間變量；

F-與表面裂紋短半軸與長半軸之比a/c及裂紋深度與壁厚之比a/t有關的中間變量。

S8：進行缺陷安全評定；

當KI≤0.6KIC，則所評定的缺陷是允許的。

7.根據(jù)權利要求6所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述步驟S6包括環(huán)向邊裂紋的無限長厚壁圓筒焊接缺陷，其最大應力強度因子計算公式

其中，為一無量綱系數(shù)，其值受裂紋自身深度與鋼管壁厚之比(l/h)和鋼管的內外半徑之比(a/b)相關。

8.根據(jù)權利要求7所述的利用斷裂力學對薄壁離心混凝土鋼管焊接缺陷評定方法，其特征在于：所述應力強度因子和J積分的關系為

在彎曲狀態(tài)下有環(huán)向內邊裂紋的薄壁鋼管的斷裂屬于I型裂紋（張開型裂紋），故。