CN113268827B - 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法 - Google Patents

一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113268827B
CN113268827B CN202110506622.1A CN202110506622A CN113268827B CN 113268827 B CN113268827 B CN 113268827B CN 202110506622 A CN202110506622 A CN 202110506622A CN 113268827 B CN113268827 B CN 113268827B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equivalent damage
load
action
residual
crack
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.)
Active
Application number
CN202110506622.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113268827A (zh
Inventor
何磊
李炎炎
龙伟
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.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
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 Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202110506622.1A priority Critical patent/CN113268827B/zh
Publication of CN113268827A publication Critical patent/CN113268827A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113268827B publication Critical patent/CN113268827B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0005—Repeated or cyclic
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于压力容器安全评估技术领域，具体涉及一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法。针对压力容器在复杂载荷环境下的剩余寿命预测问题。本发明在分析压力容器安全裕度时变衰减曲线的基础上，建立了等效损伤图，通过等效损伤图提出了一种基于等效损伤路径含裂纹缺陷压力容器剩余寿命预测方法。本发明的有益效果是，通过该模型，得到了一种受复杂载荷环境作用含裂纹缺陷压力容器的剩余寿命预测方法，更直观的反应含裂纹缺陷压力容器的时变剩余寿命。

Description

一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法
技术领域
本发明属于压力容器安全评估技术领域，具体涉及一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法。
背景技术
金属压力容器是国家能源存储、工业生产、民生工程等领域极为重要的基础设施，也是事故频发的高危特种设备。裂纹不仅是金属压力容器中最为常见的缺陷之一，同时也是引起容器泄露和爆炸事故主要原因。因此，对含裂纹缺陷的压力容器的使用寿命预测一直是该领域关注的重点问题之一。
对于压力容器裂纹缺陷的安全评测，主要的方法有：梯度平行线法、射线法等。梯度平行线法是在通用评定图的安全区内用平行线进行安全等级划分，通过观测评估点所落在的安全等级区来确定缺陷的安全程度。该方法虽然能够对压力容器当前缺陷的安全程度进行判定，但却无法对缺陷剩余寿命进行预测。而射线法是在通用评定图中通过安全评定点到阈值曲线之间的距离以及阀值曲线与原点之间的距离来判定当前裂纹缺陷的安全程度，但此方法仅适用于以极限应力作为失效标准的安全评估。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种考虑复杂载荷条件的含裂纹缺陷压力容器剩余寿命的预测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据含缺陷压力容器安全评定标准的评定流程并结合测试应力的循环次数得到压力容器裂纹缺陷的安全裕度衰减时变曲线，通过该曲线与通用评定图相结合绘制出不同载荷之间的等效损伤图并用剩余损伤率来表征评定点处的剩余强度，通过剩余损伤率可以得出该压力容器在测定载荷作用下的剩余寿命。
附图说明
图1为金属原片受到载荷Pi时的裂纹时变曲线与取样示意图。
图2为压力容器安全裕度衰减时变曲线的拟合过程示意图。
图3为当前裂纹缺陷在目标载荷作用下的极限循环次数获取过程示意图。
图4为目标载荷的等效损伤图。
图5为裂纹缺陷当前等效损伤率A0获取示意图。
图6为受三种载荷作用的寿命衰减路径与残余寿命计算示意图。
图7为当前裂纹缺陷受交替载荷作用时的等效损伤路径与安全评定示意图。
具体实施方式
结合附图对本文的寿命预测方法进行详细的说明。
1)取待测压力容器上的金属原片通过裂纹扩展实验来获取在目标载荷作用下的裂纹时变曲线并对其进行数据取样，如图1所示。
2)根据样本点处裂纹的长深尺寸比与目标载荷Pi计算出各样本点的断裂比Kr和载荷比Lr；
3)对各样本点的Kr、Lr和N值进行拟合得到在载荷Pi作用下的压力容器安全裕度衰减时变曲线，如图2所示。
4)利用安全裕度衰减时变曲线在Kr-Lr平面和Kr-N平面的关系得到待测压力容器在目标载荷
Figure GDA0003393352130000022
作用下的极限循环次数NPi，如图3所示。
5)通过目标载荷
Figure GDA0003393352130000023
的极限循环次数NPi计算出待测压力容器受载荷Pi作用nPi次后的等效损伤率并结合Kr-N曲线得到目标载荷Pi的等效损伤图，等效损伤率的计算公式为：
Figure GDA0003393352130000021
其中，A为等效损伤率。图4为三种不同载荷作用下的等效损伤图。
6)根据待测压力容器裂纹缺陷的所受载荷P1与长深尺寸比得到当前缺陷在Kr-Lr平面上的位置并通过步骤4、5得到待测压力容器当前的等效损伤率A0，如图5所示。
7)根据等效损伤图中的等效损伤率A0和预测载荷的大小可以得到当前裂纹缺陷能够承受预测载荷作用的剩余循环次数，预测载荷Pi的剩余循环次数Rpi的计算公式为：
RPi＝NPi(1-A0)； (2)
其中，RPi为当前裂纹缺陷能够承受预测载荷Pi作用的剩余循环次数。计算过程如图6所示。
8)对于预测载荷是几种载荷交替作用的情况，则通过不同载荷之间的等效损伤率在等效损伤图中得到等效损伤路径，通过路径终点的剩余等效损伤率AR来表征当前裂纹缺陷在承受预测载荷后的安全程度，剩余等效损伤率AR的计算公式为：
Figure GDA0003393352130000031
其中，i为载荷的加载顺序；ni为第i种载荷的循环次数；当AR的数值大于0时则说明当前裂纹缺陷能够承受该交替载荷的作用，且作用后的剩余等效损伤率为AR。图7为受3种载荷交替作用时的等效损伤路径以及剩余等效损伤率AR的计算示意图。

Claims (1)

1.一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法，其特征包括以下步骤：
1)取待测压力容器上的金属原片通过裂纹扩展实验来获取在目标载荷作用下的裂纹时变曲线并对其进行数据取样；
2)根据样本点处裂纹的长深尺寸比与目标载荷Pi计算出各样本点的断裂比Kr和载荷比Lr；
3)对各样本点的Kr、Lr和N值进行拟合得到在载荷Pi作用下的压力容器安全裕度衰减时变曲线；
4)利用安全裕度衰减时变曲线在Kr-Lr平面和Kr-N平面的关系得到待测压力容器在目标载荷Pi作用下的极限循环次数NPi；
5)通过目标载荷Pi的极限循环次数NPi计算出待测压力容器受载荷Pi作用nPi次后的等效损伤率并结合Kr-N曲线得到目标载荷Pi的等效损伤图，等效损伤率的计算公式为：
Figure FDA0003393352120000011
其中，A为等效损伤率；
6)根据待测压力容器裂纹缺陷的所受载荷P1与长深尺寸比得到当前缺陷在Kr-Lr平面上的位置并通过步骤4、5得到待测压力容器当前的等效损伤率A0；
7)根据等效损伤图中的等效损伤率A0和预测载荷的大小可以得到当前裂纹缺陷能够承受预测载荷作用的剩余循环次数，预测载荷Pi的剩余循环次数Rpi的计算公式为：
RPi＝NPi(1-A0)； (2)
其中，RPi为当前裂纹缺陷能够承受预测载荷Pi作用的剩余循环次数；
8)对于预测载荷是几种载荷交替作用的情况，则通过不同载荷之间的等效损伤率在等效损伤图中得到等效损伤路径，通过路径终点的剩余等效损伤率AR来表征当前裂纹缺陷在承受预测载荷后的安全程度，剩余等效损伤率AR的计算公式为：
Figure FDA0003393352120000012
其中，i为载荷的加载顺序；ni为第i种载荷的循环次数；当AR的数值大于0时则说明当前裂纹缺陷能够承受该交替载荷的作用，且作用后的剩余等效损伤率为AR。
CN202110506622.1A 2021-05-10 2021-05-10 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法 Active CN113268827B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110506622.1A CN113268827B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110506622.1A CN113268827B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113268827A CN113268827A (zh) 2021-08-17
CN113268827B true CN113268827B (zh) 2022-01-14

Family

ID=77230252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110506622.1A Active CN113268827B (zh) 2021-05-10 2021-05-10 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113268827B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2423659A1 (en) * 2010-08-27 2012-02-29 General Electric Company Methods and systems for assessing residual life of turbomachine airfoils
CN102819638A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司 一种基于疲劳寿命损伤的光热太阳能换热设备设计方法
CN108629094A (zh) * 2018-04-23 2018-10-09 四川大学 一种基于速度积的压力容器裂纹缺陷安全裕度表征方法
CN111782706A (zh) * 2020-06-09 2020-10-16 清华大学 一种用于结构疲劳寿命分析的无抖动实时雨流计数方法
CN111931393A (zh) * 2019-04-28 2020-11-13 沈阳工业大学 一种废旧机床关键零件剩余寿命预测评估方法
CN112307608A (zh) * 2020-10-23 2021-02-02 岭澳核电有限公司 一种奥氏体不锈钢管道非线性疲劳损伤寿命评估处理方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103868985B (zh) * 2014-03-20 2017-01-18 西南石油大学 一种在役压力容器缺陷量化综合安全评判方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2423659A1 (en) * 2010-08-27 2012-02-29 General Electric Company Methods and systems for assessing residual life of turbomachine airfoils
CN102819638A (zh) * 2012-08-02 2012-12-12 哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司 一种基于疲劳寿命损伤的光热太阳能换热设备设计方法
CN108629094A (zh) * 2018-04-23 2018-10-09 四川大学 一种基于速度积的压力容器裂纹缺陷安全裕度表征方法
CN111931393A (zh) * 2019-04-28 2020-11-13 沈阳工业大学 一种废旧机床关键零件剩余寿命预测评估方法
CN111782706A (zh) * 2020-06-09 2020-10-16 清华大学 一种用于结构疲劳寿命分析的无抖动实时雨流计数方法
CN112307608A (zh) * 2020-10-23 2021-02-02 岭澳核电有限公司 一种奥氏体不锈钢管道非线性疲劳损伤寿命评估处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
压力容器裂纹缺陷剩余寿命预测;徐崇，等;《机械设计与制造工程》;20140831;第43卷(第8期);P74-77 *
基于缺陷安全衰减路径仿真的含埋藏裂纹压力容器剩余寿命研究;龙伟，等;《工程科学与技术》;20180930;第50卷(第5期);P239-243 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113268827A (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102944482A (zh) 高温高压楔形张开加载预裂纹应力腐蚀试验装置
CN111461364A (zh) 一种压力容器定期检验智能辅助系统及方法
CN105891093B (zh) 一种铁磁性金属材料抗氢致开裂性能的检测方法
CN113626970A (zh) 公共管廊管道腐蚀剩余寿命评估方法及系统
CN111044186A (zh) 一种在役管道环焊缝缺陷安全评价及补强方式选择的方法
CN113268827B (zh) 一种基于等效损伤路径含裂纹压力容器剩余寿命预测方法
CN203216822U (zh) 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置
CN108629094B (zh) 一种基于速度积的压力容器裂纹缺陷安全裕度表征方法
Ryakhovskikh Regularities of the near-neutral pH stress corrosion cracking of gas pipelines
CN110490493B (zh) 一种基于分安全系数的含缺陷奥氏体不锈钢压力容器安全评定方法
Tscheliesnig et al. Detecting corrosion during inspection and maintenance of industrial structures using acoustic emmision
RU2413195C1 (ru) Способ определения остаточного ресурса трубопроводов
US11105729B2 (en) Sensor for measuring the embrittlement of steels by hydrogen in an aggressive environment, said sensor comprising a metal cavity connected to a pressure-measuring device
CN109784590B (zh) 一种基于cagm(1,1)-bpnn的在役油气管道腐蚀预测方法
Shakhmatov et al. Safety evaluation of pipelines based on probabilistic approaches
Chen et al. On-line monitoring and warning of important in-service pressure equipment based on characteristic safety parameters
CN117056686B (zh) 一种检测压力容器表面缺陷的告警方法及系统
Sun et al. Study on Evaluation Method of Failure Pressure for Pipeline with Axially Adjacent Defects
RU2014109580A (ru) Способ определения срока службы трубопровода
Mokhtari et al. Numerical analysis of pit-to-crack transition under corrosion fatigue using a stochastic pit generation algorithm
Ameh et al. Dent and gouge defects assessment: A case study of gas pipeline
CN110083857B (zh) 奥氏体耐热钢磁性转变及氧化皮寿命评估方法
CN115169021A (zh) 一种基于安全衰减速率的压力容器裂纹缺陷寿命预测方法
CN111398555A (zh) 一种压力管道深度焊接缺陷的安全评定方法
RU115527U1 (ru) Информационно-аналитическая система мониторинга остаточного ресурса линейной части магистрального газопровода

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: He Lei

Inventor after: Li Yanyan

Inventor after: Long Wei

Inventor before: Li Yanyan

Inventor before: He Lei

Inventor before: Long Wei

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant