CN104049034A - 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法 - Google Patents

含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104049034A
CN104049034A CN201410310855.4A CN201410310855A CN104049034A CN 104049034 A CN104049034 A CN 104049034A CN 201410310855 A CN201410310855 A CN 201410310855A CN 104049034 A CN104049034 A CN 104049034A
Authority
CN
China
Prior art keywords
interrupted
tofd
defect
interlayer
fracture mechanics
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410310855.4A
Other languages
English (en)
Inventor
代真
刘庆刚
胡先龙
李伟
刘红权
刘健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201410310855.4A priority Critical patent/CN104049034A/zh
Publication of CN104049034A publication Critical patent/CN104049034A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于TOFD技术及断裂力学理论的含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法，断裂力学理论计算参量中的初始缺陷尺寸对疲劳扩展过程影响较大，因此运用断裂力学理论进行疲劳扩展寿命估算时，初始缺陷长度的测量精度将影响估算结果的准确性，所以将采用TOFD技术测量的断续夹层缺陷的尺寸作为断裂力学理论计算的初始缺陷长度，这是由于TOFD对与其声束平行的缺陷测量精度极高，可达±0.3毫米；断裂力学理论计算的其他参量由含断续夹层缺陷的钢板切割取样制作成试件进行疲劳试验获得。运用断裂力学理论，估算含断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命，本发明测量精确。

Description

含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法
技术领域
本发明涉及一种基于TOFD技术及断裂力学理论的含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法。
背景技术
某电厂基建期，其1号、2号锅炉的钢结构主立柱翼板中存在断续夹层缺陷，这些断续夹层长约2mm～4mm，弥散分布于钢板内部。由于进度问题，2号锅炉含断续夹层缺陷的立柱全部退货，但是1号锅炉因为受热面已经全部安装，含断续夹层缺陷的立柱无法更换，只能通过加强监控和监督，继续使用。由于，锅炉运行工况所造成的振动比较大并且一直持续存在，因此，振动造成的断续夹层缺陷疲劳扩展，便成为最大的危险源。
其一，由于国内外未曾出现含断续夹层缺陷的立柱服役的情况，因此，对1号锅炉在用的含断续夹层缺陷的钢结构主立柱进行高灵敏度、高可靠度的疲劳扩展寿命估算变的尤为重要。
其二，初始缺陷尺寸对疲劳扩展过程影响较大，因此运用断裂力学理论进行疲劳扩展寿命估算时，初始缺陷长度的测量精度将影响估算结果的准确性。并且此断续夹层缺陷为埋藏性缺陷，其尺寸测量只能运用超声波检测或射线检测，但是由于此断续夹层缺陷较小，常规超声波和射线方法难以有效测量。因此，运用较高测量精度的TOFD技术进行初始缺陷尺寸的测量成为一种必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够对锅炉钢结构主立柱翼板内部断续夹层缺陷进行疲劳扩展寿命估算的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法，其关键技术在于：所述方法借助TOFD技术及断裂力学理论来完成，其包括以下步骤：
若某新建火电厂锅炉钢结构主立柱翼板层间存在弥散分布的断续夹层缺陷，则采用TOFD技术对所述断续夹层缺陷的尺寸进行测量，获得所述断续夹层缺陷长度值；
测量时，将TOFD探头组分别置于含所述断续夹层缺陷的所述翼板的内、外表面上，从而使得置于一面的第一TOFD探头发出声束，而置于另一面的第二TOFD探头接收声束，以达到TOFD声束与所述断续夹层缺陷长度方向平行的状态；
2）将采用TOFD技术测量的所述断续夹层缺陷的长度值作为初始缺陷长度，运用断裂力学理论估算含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。
所述断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得，该疲劳试验的试件由含所述断续夹层缺陷的翼板经切割取样制得；采集含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的运行工况下的振动信息，将采集的数据用于所述试件的疲劳试验中。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用TOFD技术对与其声束平行的缺陷进测量精度极高（可达±0.3毫米）的特点，精确测量初始缺陷的长度，保障了断裂力学理论计算参量的准确性，从而使得含断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命估算结果更加可靠、更加接近实际情况。
附图说明
图1为火电厂锅炉钢结构主立柱结构示意图；
图2为主立柱翼板内部断续夹层缺陷剖面及TOFD测量方式示意图；
其中，1、翼板；2、断续夹层缺陷； 3、第一TOFD探头；4、第二TOFD探头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见附图1和2，可知火电厂锅炉钢结构主立柱所述翼板1内部的断续夹层缺陷2的位置情况及TOFD技术测量所述断续夹层缺陷2长度的情况。
本发明的监测步骤如下：
1、某新建火电厂锅炉钢结构主立柱所述翼板1层间存在弥散分布的所述断续夹层缺陷2；
2、采用TOFD技术对所述断续夹层缺陷2的尺寸进行测量，获得所述断续夹层缺陷2长度值。在运用TOFD技术进行测量时，将TOFD探头组分别置于含所述断续夹层缺陷2的所述翼板1的内、外表面上，从而使得置于一面的所述第一TOFD探头3发出声束，而置于另一面的所述第二TOFD探头4接收声束，以达到TOFD声束与所述断续夹层缺陷2长度方向平行的状态。这是由于TOFD对与其声束平行的缺陷测量精度极高，可达±0.3毫米。
3、将采用TOFD技术测量的所述断续夹层缺陷2的长度值作为断裂力学理论计算的初始缺陷长度。
4、断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得：将含所述断续夹层缺陷2的所述翼板1进行切割取样，作为疲劳试验的所述试件；采集含所述断续夹层缺陷2的锅炉钢结构的运行工况下的振动信息，将采集的数据用于所述试件的疲劳试验。
5、运用断裂力学理论，估算含所述断续夹层缺陷的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。
实施例
对某新建电厂1号锅炉钢结构主立柱含所述断续夹层缺陷2的所述翼板1（翼板厚度50mm，材质为Q345B）进行疲劳扩展寿命估算，所述断续夹层缺陷2长约2mm～4mm，弥散分布于所述翼板1内部。
运用断裂力学理论中的疲劳扩展基本公式：
                                                                                           （1）
                       （2）
    式1、式2中：a为裂纹长度，N为循环次数，C、m 、为与材料、缺陷类型等有关的常数，和为裂纹处的应力幅值最大值和最小值。代表疲劳裂纹扩展速率。
    由于锅炉运行工况下，钢结构所受载荷稳定，因此所述翼板1受等幅载荷作用，可直接对疲劳扩展公式积分，得到相应的疲劳寿命：       
       （3）
式3中：an为临界裂纹长度，a0为初始缺陷长度，Nn为由初始缺陷长度a0扩展到临界裂纹长度an所需要的循环次数。
将Nn值除以含所述断续夹层缺陷2的锅炉钢结构在运行工况下采集的载荷频率，即可得到疲劳小时数。如果所得疲劳小时数大于锅炉设计寿命则不影响安全使用；如果所得疲劳小时数小于锅炉设计寿命则不能继续使用，需降参数运行或停运。
式1～式3中各计算参量的获得，如下所示：
采集含所述断续夹层缺陷2的锅炉钢结构运行工况下的振动信息，将该振动数据作为疲劳试验的加载条件，将在所述翼板1上切割取样的所述试件作为疲劳试验的试件，试验时记录若干个试验中的循环数N及其所对应的裂纹长度a。
为几何形状系数，其值可由断裂力学专著查得。
值和值为锅炉运行工况下，钢结构振动时所述翼板1承受的裂纹处的应力幅值的最大值和最小值，根据锅炉运行工况下采集的振动数据，通过有限元软件进行数值模拟获得；通过式2进而获得每次试验的值。
C值与 m值：将每次试验的N、a进行曲线拟合，获得值；然后将每次试验所对应的值与值在双对数坐标系中表示出来，用最小二乘法进行拟合处理，可以得到参数C值与m值。
初始缺陷长度a0：由TOFD测量（TOFD声束与所述断续夹层缺陷2平行）。
临界裂纹长度an：                    （4）
                                           （5）
式5中由从所述翼板1上切割的所述试件3通过三点弯曲试验或紧凑拉伸试验获得，继而可获得an值。 

Claims (2)

1.一种含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法，其特征在于：所述方法借助TOFD技术及断裂力学理论来完成，其包括以下步骤：
1）若某新建火电厂锅炉钢结构主立柱翼板（1）层间存在弥散分布的断续夹层缺陷（2），则采用TOFD技术对所述断续夹层缺陷（2）的尺寸进行测量，获得所述断续夹层缺陷（2）长度值；
测量时，将TOFD探头组分别置于含所述断续夹层缺陷（2）的所述翼板（1）的内、外表面上，从而使得置于一面的第一TOFD探头（3）发出声束，而置于另一面的第二TOFD探头（4）接收声束，以达到TOFD声束与所述断续夹层缺陷（2）长度方向平行的状态；
2）将采用TOFD技术测量的所述断续夹层缺陷（2）的长度值作为初始缺陷长度，运用断裂力学理论估算含所述断续夹层缺陷（2）的锅炉钢结构的疲劳扩展寿命。
2.根据权利要求1所述的一种含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法，其特征在于：断裂力学理论计算的其他参量由疲劳试验获得，该疲劳试验的试件由含所述断续夹层缺陷（2）的翼板（1）经切割取样制得；采集含所述断续夹层缺陷（2）的锅炉钢结构的运行工况下的振动信息，将采集的数据用于所述试件的疲劳试验中。
CN201410310855.4A 2014-07-02 2014-07-02 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法 Pending CN104049034A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410310855.4A CN104049034A (zh) 2014-07-02 2014-07-02 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410310855.4A CN104049034A (zh) 2014-07-02 2014-07-02 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104049034A true CN104049034A (zh) 2014-09-17

Family

ID=51502141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410310855.4A Pending CN104049034A (zh) 2014-07-02 2014-07-02 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104049034A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763758A (zh) * 2019-09-12 2020-02-07 中国航发北京航空材料研究院 一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529124A (zh) * 2013-10-08 2014-01-22 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的方法
CN203561615U (zh) * 2013-10-08 2014-04-23 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的专用导轨
CN203672842U (zh) * 2013-10-08 2014-06-25 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的专用扫查架

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529124A (zh) * 2013-10-08 2014-01-22 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的方法
CN203561615U (zh) * 2013-10-08 2014-04-23 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的专用导轨
CN203672842U (zh) * 2013-10-08 2014-06-25 国电科学技术研究院 一种tofd监测钢板断续夹层扩展的专用扫查架

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张凤武: "《高强钢疲劳裂纹扩展研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763758A (zh) * 2019-09-12 2020-02-07 中国航发北京航空材料研究院 一种基于无损检测的缺陷与疲劳性能关系的确定方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zaki et al. Non-destructive evaluation for corrosion monitoring in concrete: A review and capability of acoustic emission technique
CN101221104B (zh) 基于分布式应变动态测试的结构健康监测方法
Kulkarni et al. Structural health monitoring and damage prognosis in fatigue
CN106949861B (zh) 一种非线性超声在线监测金属材料应变变化的方法
CN104792435A (zh) 基于瞬态热边界反演的结构内部非均匀温度场的重建方法
Yan et al. Progress and challenges of ultrasonic testing for stress in remanufacturing laser cladding coating
CN108061759B (zh) 一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法
Louks et al. On the multiaxial fatigue assessment of complex three-dimensional stress concentrators
Yang et al. Ultrasonic detection methods for mechanical characterization and damage diagnosis of advanced composite materials: A review
CN104730152A (zh) 一种基于分形维数的复合材料结构件裂纹损伤监测方法
CN103616102B (zh) 一种用于金属薄板残余应力分布检测的超声泄漏纵波传感装置
Liu et al. Monitoring corrosion-induced thickness loss of stainless steel plates using the electromechanical impedance technique
Chakraborty et al. Embedded ultrasonic transmission sensors and signal processing techniques for structural change detection in the Gliwice bridge
Wu et al. Crack diagnosis method for a cantilevered beam structure based on modal parameters
CN103412056A (zh) 一种基于双传感器的类板状结构中声发射波模态分离方法
Kundu et al. Acoustic emission based damage localization in composites structures using Bayesian identification
JP2012159477A (ja) 亀裂サイズ推定方法
Lv et al. Damage localization method for plate-like composite structure based on valid path optimization and search point matching
Zhang et al. A Review on Concrete Structural Properties and Damage Evolution Monitoring Techniques
CN104049034A (zh) 含断续夹层钢板的疲劳扩展寿命估算方法
CN105738017A (zh) 元素含量影响超声波评价金属材料表层应力的修正方法
Aggelis et al. Acoustic emission
Ovenden et al. Real-time monitoring of wind turbine blade alignment using laser displacement and strain measurement
CN103743818A (zh) 基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统
Chen et al. Dispersion characteristics of surface wave in SCCS: theoretical analysis, numerical simulation and MASW-based NDT

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140917

RJ01 Rejection of invention patent application after publication