多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法

本发明属于结构质量评估，具体地说，是关于一种多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法。

背景技术：

1、焊接是结构材料进行有效连接的普遍方式之一，广泛应用在汽车制造、石油化工、冶金机械以及航空航天等领域，在实际生产制造中占有重要地位。而近年来，由于增材制造具有材料利用率高、产品实现周期短的优点，并且能够实现高性能复杂结构零件的无模具、快速、全致密成形，得到了越来越广泛的应用。但是在焊接加工和增材制造过程中，受加工工艺的影响，如焊接功率、保护气体流量、加工温度、金属粉末的氧化等不可控因素，不可避免地会产生缺陷，影响产品的质量。在一些危险性较高的设备，例如核岛机械设备中，结构质量直接影响到核电站的安全性和可靠性，必须引起高度重视。

2、为了获得安全可靠的焊接或增材制造结构，需要对产品质量进行全面的检验和分析评估。国内外通常采用射线检测、超声检测等无损检测方式对结构进行检测验收。在检测验收过程中，一般先对含缺陷结构处实测的平面缺陷进行规则化表征处理，将缺陷表征为规则的表面缺陷、埋藏缺陷或穿透缺陷，表征后缺陷的形状为圆形、椭圆形、半椭圆形或矩形。单个缺陷的研究较为容易，但在实际情况中通常存在多个缺陷且相邻缺陷之间可能会产生干涉作用，含多缺陷的部件由于缺陷间相互作用而加剧裂纹产生，从而影响零部件的正常服役周期，因此需要科学合理的多缺陷交互作用行为判定与干涉缺陷验收标准来判断部件是否“合于使用”。缺陷处的微裂纹尖端应力场和断裂力学评估参数(弹性应力强度因子k和弹塑性j积分)可能会受到相邻缺陷的影响，asme、rcc-mrx、bs7910及gb/t19624-2019等规范中一般依据相邻缺陷间的等效间距将符合条件的多个缺陷组合成单个缺陷，以简化结构强度评价和损伤计算。

3、但现有的各个国际规范在指导缺陷表征时，对于判断多缺陷干涉作用的等效间距的确定方法并不统一，并且这些规范中的等效间距确定机理尚不明确，无法确保取得最为合适的数值，等效间距取值过于保守或过于宽松，都会严重影响对结构剩余寿命的评估。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，包括：

4、步骤s1:预先对含缺陷结构进行无损检测探伤，确定其内部缺陷的大小和位置，对含缺陷结构进行拉伸测试，得到拉伸性能数据；

5、步骤s2:根据无损检测得到的缺陷的大小和位置，对缺陷进行规则化处理，将各缺陷的形状等效为圆形或椭圆形；

6、步骤s3:取任一缺陷为第一缺陷，与之相邻的另一缺陷为第二缺陷，在第一缺陷的上端和下端分别引入微裂纹，多次改变第二缺陷与第一缺陷的间距s，利用线弹性断裂力学方法计算第一缺陷上相应的上端应力强度因子k上和下端应力强度因子k下，得到多组计算结果；

7、步骤s4:根据步骤s3的计算结果，取间距s从小到大变化过程中k上和k下首次趋于相等时对应的间距s数值为等效间距s0。

8、进一步地，在步骤s1中，依据国标gb/t 228.1-2021《金属材料拉伸试验》对含缺陷结构进行室温拉伸测试，生成应力-应变曲线，得到拉伸性能数据。

9、进一步地，在步骤s2中，对无损检测底片显示的各个缺陷依据尺寸进行规则化处理，单个缺陷的尺寸由完全包含缺陷外轮廓的矩形或正方形的尺寸决定。

10、优选的，在步骤s2中，规则化处理时将缺陷的形状等效为圆形。

11、进一步地，在步骤s3中，基于步骤s1的拉伸测试结果，利用拉伸性能数据，通过有限元分析软件建立两端荷载均布的简单轴对称的平板拉伸有限元模型。

12、进一步地，在步骤s3中，施加的载荷使有限元模型的结构处于弹性变形阶段，加载方向与第一缺陷、第二缺陷的排列方向垂直。

13、进一步地，在步骤s3中，在第一缺陷的应力最大的位置处引入微裂纹，圆形缺陷应力最大位置位于垂直于加载方向的直径处。

14、进一步地，在步骤s3中，对有限元模型进行线弹性断裂分析，利用有限元分析软件内置的围线积分法计算求解不同间距s对应的第一缺陷的上下两端微裂纹处的应力强度因子k上和k下的数值。

15、进一步地，在步骤s4中，根据步骤s3的计算结果绘制下端应力强度因子k下与上端应力强度因子k上之比随间距s变化的统计图，取k上和k下首次趋于相等时对应的间距s数值为等效间距s0。

16、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法完善了现有评估标准的不足，优化了多缺陷表征方法，使合并后的缺陷尺寸更符合实际结构中缺陷干涉的真实情况，保证了含缺陷部件结构完整性评估或剩余寿命估计的精确性。

18、2、本发明的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法可以便捷快速的进行内部缺陷的合并，提高了多缺陷表征处理的效率。

技术特征：

1.一种多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种多缺陷干涉作用判定中等效间距的确定方法，包括：步骤S1:对含缺陷结构进行拉伸测试；步骤S2:对缺陷进行规则化处理；步骤S3:取任一缺陷为第一缺陷，与之相邻的缺陷为第二缺陷，在第一缺陷上端和下端分别引入微裂纹，多次改变第二缺陷与第一缺陷的间距S，计算第一缺陷的上端应力强度因子K<subgt;上</subgt;和下端应力强度因子K<subgt;下</subgt;；步骤S4:根据计算结果取间距S从小到大变化过程中K<subgt;上</subgt;和K<subgt;下</subgt;首次趋于相等时对应的间距S数值为等效间距S<subgt;0</subgt;。本发明创新性地提出在缺陷应力集中处引入微裂纹，依据等应力强度因子准则来确定等效间距，优化了多缺陷表征方法，完善了现有评估标准的不足，可有效提高含缺陷结构完整性评估或剩余寿命估算的精确性。技术研发人员：朱明亮,孙诚忠,李彤,陈蓉,轩福贞,王田静,齐敏,王月英,高付海受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2