CN109059813A - 一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法 - Google Patents

一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，其特征在于，采用超声扫查技术检测起重机械的钢结构，对钢结构中的腐蚀缺陷进行准确定位，采用超声测厚仪测量腐蚀的深度，记录腐蚀的深度值；建立起重机械钢结构的虚拟样机模型，获取腐蚀深度对应的等效应力；经过ti年服役后，记录腐蚀的深度值hi，并获取等效应力σi.建立腐蚀深度hi和时间ti之间的响应面曲线以及等效应力和腐蚀深度之间的响应面曲线；根据钢结构材料的屈服极限和计算出的σi，可推算出经过多长时间后达到钢结构强度的临界状态，从而完成对钢结构腐蚀强度的评价。通过超声检测、数值分析和响应面理论，预测腐蚀对钢结构强度的影响，从而提高起重机械使用过程中的安全性和可靠性。

Description

一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法
技术领域
本发明涉及钢结构腐蚀状态的评估技术领域，具体的说是一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，涉及腐蚀检测、超声波技术、响应面理论、强度理论等。
背景技术
发明专利CN205643251U，公开了一种用于厚壁管全体积检测的超声内扫描成像系统。以厚壁管扫查器为基础，搭建厚壁管超声检测系统，分别设定激励信号、接受信号相应参数，搭载低频导波探头进行扫查获取内壁大面积缺陷的大概位置与形状，搭载表面波探头扫查后对内壁近表面缺陷的大概位置与形状进行判断；根据导波与表面波扫查结果搭载纵波直探头，分别设定激励信号、接受信号、扫查范围相关参数后进行扫查，将接收到的扫查信号存入计算机；通过观察接收到的扫查信号设置时间窗，并根据扫查范围设置成像参数，对厚壁管进行成像，对厚壁管全体积检测结果进行直观的表示。
发明专利CN102692184B，公开了一种同时测量腐蚀坑体积、面积、深度的方法。采用激光共焦显微镜测量，工艺步骤为，采用激光共焦显微镜，测量步骤包括：试样截取、表面氧化产物去除、显微照相和数据测量，通过激光共焦显微3D影像，实现对腐蚀坑体积、面积和深度的同时测量。
前者公开了一种针对管件的腐蚀检测方法，通过超声内扫描成像技术可以直观的定位腐蚀缺陷；后者公开了一种实验室定量检测试样腐蚀缺陷的方法，由于仪器便携性较差，很难在实际的腐蚀检测中推广应用。两者解决了腐蚀缺陷的定位和定量检测的问题，但是对于腐蚀缺陷的影响尚未发现公开的相关文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法。
为实现上述目的，设计一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，利用超声扫查检测起重机械经过t1年服役后的钢结构，对钢结构中的腐蚀缺陷进行准确定位，采用超声测厚仪测量腐蚀的深度，记录腐蚀的深度值h1；
步骤二.根据图纸以及现场测量的钢结构的尺寸，采用CAD软件如Pro/Engineer、UG、CATIA等，建立起重机械钢结构的虚拟样机模型，即结构型式和尺寸与物理模型完全一致，局部连接件简化处理，删除了铆钉、螺栓等特征。对于腐蚀的位置进行模型尺寸劣化处理，根据物理模型上腐蚀的深度和形状，在虚拟样机模型上建立同样的缺陷特征。通过CAD软件转化为中性文件，再将中性文件导入有限元分析软件如ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN等，根据物理模型中的约束条件和负载，在有限元分析软件中施加同样的约束，以及起重机的额定载荷，进行结构静力学分析获取钢结构腐蚀位置的等效应力，即获取腐蚀深度为h1时的等效应力σ1。
步骤三，起重机械经过t2年服役后，腐蚀加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h2；
步骤四，重复步骤二，获取腐蚀深度为h2时的等效应力σ2；
步骤五，再服役t3年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h3；
步骤六，重复步骤二，获取腐蚀深度为h3时的等效应力σ3；
步骤七，再服役t4年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h4；
步骤八，重复步骤二，获取腐蚀深度为h4时的等效应力σ4；
步骤九，以二次函数即Y=αx2+βx+γ为径向基，α，β，γ为实常数，建立腐蚀深度hi和时间ti之间的响应面曲线hi=Ati 2+Bti+C，A，B，C为实常数，通过前述步骤测量的四次数值，可通过响应面分析拟合出参数A、B、C的数值；
步骤十，以二次函数即Y=αx2+βx+γ为径向基，α，β，γ为实常数，建立等效应力σi和腐蚀深度hi之间的响应面曲线σi=Mhi 2+Nhi+P，M，N，P为实常数，通过前述步骤测量的四次数值，通过响应面分析拟合出参数M、N、P的数值，由此可知，根据测量的任意腐蚀深度hi，即通过非线性插值的方法计算出相应的σi；
步骤十一，根据钢结构材料的屈服极限和计算出的σi，可推算出经过多长时间后达到钢结构强度的临界状态，从而完成对钢结构腐蚀强度的评价。
本发明提出了一种在役起重机械钢结构腐蚀强度的检测装置，通过超声检测、数值分析和响应面理论，预测腐蚀对钢结构强度的影响，从而提高起重机械使用过程中的安全性和可靠性。采用本案提出的检测装置，可得出：
1）钢结构的腐蚀状态；
2）钢结构的腐蚀位置，以及相同环境下不同位置的腐蚀特性；
3）通过多次超声检测，获得不同位置腐蚀特性的响应面模型；
4）预测钢结构的腐蚀强度临界状态。
综合以上分析结果，最终实现腐蚀强度评价。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
本发明的发明点在于：该钢结构腐蚀强度评估方法以超声扫查、数值分析、基于径向基函数的响应面分析等方法为基础，建立了随时间变化的腐蚀强度的评估方法，根据响应面模型，可直接预测钢结构未来的腐蚀强度，而不需要通过实际的检测和分析。
实施例
以某港口门座起重机为例，自2000年投入使用至2016年已服役16年。该起重机额定起重量为10t，长期在码头露天工作，受海风腐蚀影响严重，钢结构表面有大片锈蚀脱落。
（1）采用超声检测臂架上盖板的腐蚀深度h 1=4mm；
（2）根据图纸和现场测量数据，在CAD软件Pro/Engineer中建立门座起重机的虚拟样机模型，在Pro/Engineer软件的trail文件中通过二次开发将厚度设置为变量，从而实现钢结构厚度参数化，只需建立一个虚拟样机模型就可实现不同厚度模型的分析；再将虚拟样机模型转化为中性文件导入有限元分析软件，分别对腐蚀前的模型和腐蚀后的模型进行结构静力学分析，获取臂架腐蚀前和腐蚀后的等效应力分别记为σ 0=78.5MPa和σ 1=82.6MPa，对应的时间为投入使用时间（时间计量单位为年）t 0和超声检测时间t 1；
（3）0.5年后，采用超声检测臂架上盖板腐蚀深度h 2=5.3mm，对虚拟样机模型进行厚度尺寸修改，进行结构静力学分析，获得等效应力σ 2=92.7MPa；
（4）0.5年后，采用超声检测臂架上盖板腐蚀深度h 3=7.6mm，对虚拟样机模型进行厚度尺寸修改，进行结构静力学分析，获得等效应力σ 3=102.3MPa；
（5）0.5年后，采用超声检测臂架上盖板腐蚀深度h 4=10.5mm，对虚拟样机模型进行厚度尺寸修改，进行结构静力学分析，获得等效应力σ 4=126.1MPa。
综上所述，可知：
t 0=0,h 0=0,σ 0=78.5MPa；（初始值，不作为响应面分析的数据）
t 1=16,h 1=4,σ 1=82.6MPa；
t 2=16.5,h 2=5.3,σ 2=92.7MPa；
t 3=17,h 3=7.6,σ 3=102.3MPa；
t 4=17.5,h 4=10.5,σ 4=126.1MPa。
代入方程 h i =At i 2+Bt i +C （1）
σ i =Mh i 2+Nh i +P （2）
通过计算可求出：h i =1.6t i 2-49.24t i +382.22
σ i =0.3h i 2+2.088h i +70.7
由此可推算出，当腐蚀深度h=14mm时，腐蚀强度达到158MPa，而Q235钢材许应应力为235MPa，此时安全系数小于1.5，故达到临界值，因此该起重机可服役18年。
为了阐明本方法，此处举例时故意放大了腐蚀的速度，实际钢材腐蚀不会这么快，实际应用时取的点越多，预测结果越精确。

Claims (3)

1.一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，利用超声扫查检测起重机械经过t1年服役后的钢结构，对钢结构中的腐蚀缺陷进行准确定位，采用超声测厚仪测量腐蚀的深度，记录腐蚀的深度值h1；
步骤二，建立起重机械钢结构的虚拟样机模型，即结构型式和尺寸与物理模型完全一致，导入有限元分析软件，根据物理模型中的约束条件和负载，在有限元分析软件中施加同样的约束，以及起重机的额定载荷，进行结构静力学分析获取钢结构腐蚀位置的等效应力，即获取腐蚀深度为h1时的等效应力σ1；
步骤三，起重机械经过t2年服役后，腐蚀加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h2；
步骤四，重复步骤二，获取腐蚀深度为h2时的等效应力σ2；
步骤五，再服役t3年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h3；
步骤六，重复步骤二，获取腐蚀深度为h3时的等效应力σ3；
步骤七，再服役t4年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h4；
步骤八，重复步骤二，获取腐蚀深度为h4时的等效应力σ4；
步骤九，以二次函数即Y=αx2+βx+γ为径向基，α，β，γ为实常数，建立腐蚀深度hi和时间ti之间的响应面曲线hi=Ati 2+Bti+C，A，B，C为实常数，通过前述步骤测量的四次数值，可通过响应面分析拟合出参数A、B、C的数值；
步骤十，以二次函数即Y=αx2+βx+γ为径向基，α，β，γ为实常数，建立等效应力σi和腐蚀深度hi之间的响应面曲线σi=Mhi 2+Nhi+P，M，N，P为实常数，通过前述步骤测量的四次数值，通过响应面分析拟合出参数M、N、P的数值，由此可知，根据测量的任意腐蚀深度hi，即通过非线性插值的方法计算出相应的σi；
步骤十一，根据钢结构材料的屈服极限和计算出的σi，可推算出经过多长时间后达到钢结构强度的临界状态，从而完成对钢结构腐蚀强度的评价。
2.如权利要求1所述的一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，其特征在于，采用CAD软件如Pro/Engineer、UG、CATIA等，建立起重机械钢结构的虚拟样机模型，局部连接件简化处理，删除铆钉、螺栓等特征，对于腐蚀的位置进行模型尺寸劣化处理，根据物理模型上腐蚀的深度和形状，在虚拟样机模型上建立同样的缺陷特征，通过CAD软件转化为中性文件，再将中性文件导入有限元分析软件如ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN等。
3.如权利要求1所述的一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法，其特征在于，所述时间ti取值0.5，即
步骤三，起重机械经过0.5年服役后，腐蚀加剧，重复步骤1，记录腐蚀的深度值h2；
步骤四，重复步骤二，获取腐蚀深度为h2时的等效应力σ2；
步骤五，再服役0.5年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h3；
步骤六，重复步骤二，获取腐蚀深度为h3时的等效应力σ3；
步骤七，再服役0.5年后，腐蚀进一步加剧，重复步骤一，记录腐蚀的深度值h4；
步骤八，重复步骤二，获取腐蚀深度为h4时的等效应力σ4。
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