[发明专利]基于实测点蚀数据构建损伤结构有限元模型的方法

说明书

本发明公开了一种基于实测点蚀数据构建损伤结构有限元模型的方法，适用于平板、圆柱壳等多种结构。首先，根据点蚀统计数据利用随机数方法生成一组符合实测统计特征的伪随机圆柱形点蚀坑，并随机为圆柱形点蚀坑赋予代表形状的随机数。其次，建立结构的几何模型，并布置点蚀坑；在布置点蚀坑之前，根据形状随机数转变点蚀坑形状。随后，使点蚀坑模型与结构几何模型发生布尔运算，在结构几何模型中构造出随机点蚀的几何形态。最后，进行有限元网格划分，得到损伤结构的有限元模型。本发明提供了一种模拟随机点蚀损伤结构中随机点蚀的方法，基于实测点蚀的统计数据构建出结构的有限元分析模型，可用于准确评估的结构性能。

技术领域

本发明属于数值模型构建技术领域，具体是涉及一种基于实测点蚀的统计数据构建损伤结构有限元模型的方法，适用于平板、圆柱壳等多种结构。其特点是可根据实测随机点蚀的统计数据模拟出点蚀坑的尺寸、形状和分布位置的随机状态。该方法可用于准确评估点蚀损伤结构的性能退化，也可用于与点蚀影响相关的其他研究工作。

背景技术

点蚀的产生主要是原因金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均匀性。点蚀虽然导致金属的体积损失不大，但腐蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄漏，有时甚至造成火灾、爆炸等严重事故，危险性很大。

尽管点蚀对结构的不利影响得到了广泛的关注，但在点蚀的模拟方面仍然存在诸多困难，还急需探索完善的点蚀模拟方法。针对受随机点蚀损伤的圆管住，专利CN104484489B提出了一种基于壳单元的四边形有限元网格自动生成方法，但该方法将点蚀坑简化为相同形状和尺寸的均匀分布的圆柱形，这与实际结构中随机态的点蚀损伤相差甚远。专利CN104834783B提出了一种基于壳单元的点蚀随机分布的圆柱壳数值模型参数化构建方法，通过将结构表面等分为尺寸统一的几何网格，并在网格的角点随机布置随机尺寸的点蚀坑，较好地模拟了随机点蚀，但未实现蚀坑形状随机性的模拟。专利CN109002592A公开了一种基于实体单元的随机点蚀平板的有限元模型建模方法，与专利CN104834783B类似，通过将平板划分的几何网格，并在网格处随机布置圆柱形蚀坑，同样，该专利未能很好地模拟实际结构中点蚀在形状、尺寸和分布模式上的随机态。

由于构件中材料的不均匀性和周围环境的复杂影响，点蚀的产生位置具有明显不确定性。同时，蚀坑尺寸和形状的演化受到点蚀复杂电化学行为的影响，具有强烈的随机性。就广泛的工程结构性能评估而言，精确地描述结构的点蚀损伤代价高昂，有时甚至是无法实现的。因此，根据现行规范开展损伤结构的性能评估时，还主要依赖于测厚公司提供的点蚀损伤的统计数据。因此，根据实测点蚀的统计数据，生成一套符合实测统计特征的随机点蚀损伤，来构建出损伤结构的有限元模型，用于在役结构的性能评估具有现实意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述已有专利的技术缺陷，提出一种在点蚀损伤结构中模拟出蚀坑的尺寸、形状和分布形式均为随机态的建模方法，与其他建模技术相比，该方法更符合实际情况，更能反映点蚀的随机性。

为达到上述目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：

一种基于实测点蚀数据构建损伤结构有限元模型的方法，适用于平板、圆柱壳等多种结构，包括如下步骤：

1、根据测厚公司提供的实测点蚀统计数据，利用随机数法生成一组符合实测统计特征的伪随机圆柱形点蚀坑的深度数据和半径数据，并判断生成的数据是否可用，如果不可用，则重新生成点蚀坑数据直至可用，如果可用，则使用随机数法生成点蚀坑的位置数据，并为圆柱形蚀坑赋予代表形状的随机数；

2、建立结构的几何模型，并将步骤(1)生成的所有点蚀坑依据其形状随机数转化为相应形状，在结构几何模型中确定每个点蚀坑的位置，建立点蚀坑几何模型，并使点蚀坑模型与结构几何模型发生布尔运算，在结构几何模型中构造出随机点蚀的几何形态；

3、将步骤2布尔运算得到的几何模型进行有限元网格划分，得到损伤结构的有限元模型。