蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115048832A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210579604.0G01N3/18(2006.01)(22)申请日2022.05.25G06F113/14(2020.01)G06F119/04(2020.01)(71)申请人华东理工大学地址200237上海市徐汇区梅陇路130号申请人中国联合重型燃气轮机技术有限公司苏州热工研究院有限公司(72)发明人张显程卢荣生杨杰涂善东赵宇辰张丁午束国刚张国栋夏咸喜谈建平唐敏锦石俊秒(74)专利代理机构北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司11385专利代理师程华(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法及系统(57)摘要本发明涉及一种蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法及系统，涉及损伤容限领域，方法包括：建立含有不同尺寸裂纹的管道有限元模型并进行数值计算，得到管道内裂纹尖端的应力强度因子；获取裂纹扩展模型和管道裂纹尺寸；根据管道裂纹尺寸确定蠕变疲劳裂纹扩展速率；根据应力强度因子和蠕变疲劳裂纹扩展速率计算裂纹扩展寿命；根据管道裂纹尺寸确定断裂韧性；根据断裂韧性和管道裂纹尺寸计算管道的剩余强度；根据裂纹扩展寿命和剩余强度，构建蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定图。本发明能够为管道结构的损伤容限评定提供思路，助力管道的断裂评定和剩余寿命预测，并对其结构的维护和检修提供指导建议。CN115048832ACN115048832A权利要求书1/3页1.一种蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法，其特征在于，包括：建立含有不同尺寸裂纹的管道有限元模型；对所述管道有限元模型进行数值计算，得到管道内裂纹尖端的应力强度因子；获取裂纹扩展模型；获取所述裂纹扩展模型的管道裂纹尺寸；根据所述管道裂纹尺寸确定蠕变疲劳裂纹扩展速率；根据所述应力强度因子和蠕变疲劳裂纹扩展速率计算裂纹扩展寿命，所述裂纹扩展寿命为裂纹从某一初始尺寸扩展到某一临界尺寸所经历的寿命；根据所述管道裂纹尺寸确定断裂韧性；根据所述断裂韧性和管道裂纹尺寸计算管道的剩余强度；根据所述裂纹扩展寿命和剩余强度，构建蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定图，所述损伤容限评定图用于评定蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限。2.根据权利要求1所述的蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法，其特征在于，所述应力强度因子采用如下公式计算：其中，K为应力强度因子；Y为形状系数；σ为应力；a为裂纹尺寸。3.根据权利要求1所述的蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法，其特征在于，所述裂纹扩展速率采用如下公式计算：Kmax＝ΔK/(1‑R)‑1f＝(T+th)其中，da/dN为裂纹扩展速率；ΔK为应力强度因子范围变量；C和n是由疲劳裂纹扩展实验获得的拟合参数；A和m是由蠕变裂纹扩展实验获得的拟合参数；D，q，p1，p2，p3均为材料参数；Kmax为最大应力强度因子；R为应力比；f为频率；T为加卸载过程的周期；th为蠕变载荷保持时间。4.根据权利要求1所述的所述的蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法，其特征在于，所述裂纹扩展寿命采用如下公式计算：其中，N为裂纹扩展寿命；a0为初始裂纹尺寸；ac为临界裂纹尺寸。5.根据权利要求1所述的所述的蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法，其特征在于，所述剩余强度采用如下公式计算：其中，σrs为剩余强度；KIC是用临界裂纹尖端应力强度因子表示的断裂韧性，记为第一断2CN115048832A权利要求书2/3页裂韧性；ac为临界裂纹尺寸；E为管道材料的弹性模量；ν为管道材料的泊松比，JIC是用临界J积分表示的断裂韧性，记为第二断裂韧性。6.一种蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定系统，其特征在于，包括：管道有限元模型建立模块，用于建立含有不同尺寸裂纹的管道有限元模型；应力强度因子计算模块，用于对所述管道有限元模型进行数值计算，得到管道内裂纹尖端的应力强度因子；裂纹扩展模型获取模块，用于获取裂纹扩展模型；管道裂纹尺寸获取模块，用于获取所述裂纹扩展模型的管道裂纹尺寸；蠕变疲劳裂纹扩展速率确定模块，用于根据所述管道裂纹尺寸确定蠕变疲劳裂纹扩展速率；裂纹扩展寿命计算模块，用于根据所述应力强度因子和蠕变疲劳裂纹扩展速率计算裂纹扩展寿命，所述裂纹扩展寿命为裂纹从某一初始尺寸扩展到某一临界尺寸所经历的寿命；断裂韧性确定模块，用于根据所述管道裂纹尺寸确定断裂韧性；剩余强度计算模块，用于根据所述断裂韧性和管道裂纹尺寸计算管道的剩余强度；损伤容限评定模块，用于根据所述裂纹扩展寿命和剩余强度，构建蠕变疲劳载荷作用下高温管