[发明专利]利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法

权利要求书

1.利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：包括COD法和应力强度因子法，所述COD法包括以下步骤：

S1：计算焊接缺陷的当量裂纹尺寸A；

S2：计算应变ε；

S3：计算计算最大容许缺陷尺寸Am；

S4：焊接缺陷进行评定。

2.根据权利要求1所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述步骤S1包括：

对表面裂纹、埋藏裂纹及穿透裂纹的折算方法为：

a.长2c的穿透裂纹：A=c

b.长2c、高2a的埋藏裂纹：A=a(Ω/ψ)，

其中： ψ--第二类椭圆积分，h--裂纹距表面的距离(埋藏裂纹)，Ω及ψ值可由相关表查得。

c.长2c、深a的表面裂纹:A=a(F/ψ)2

式中： (a/c0)；

(a/c=0)。

3.根据权利要求1所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述步骤S2包括：计算应变ε包括作用在缺陷部位由外载引起的应力及薄壁离心混凝土钢管在制造过程中带来的焊接残余应力，

其中，外载引起的应力:

σ1--沿截面均匀分布的拉应力；

σ2--沿截面线性分布的面外弯曲应力；

焊接残余应力σ3；

总应力: σ=σ1+σ2 +σ3；

总应变: ε=ε1+ε2+ε3；

ε1=σ1/E(σ1σS)，ε2=σ2/E，ε3 =σ3/E

当σ1+σ2σS时，用以下方法估算总应变:

①进行弹-塑性分析或有限元计算，求得最大等效应变量；

②用实验应力分析方法确定缺陷部位的实际应变量；

③参照己有的试验数据估算缺陷部位的最大等效应变量；

④也可参照推荐的方法近似计算缺陷部位的峰值应变。

4.根据权利要求1所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述步骤S3计算最大容许缺陷尺寸Am：

(ε/εs≤1)

(ε/εs1)。

5.根据权利要求4所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述步骤S4为：当AAm时，则所评定的缺陷是允许的；

当A＞Am时，则所评定的缺陷是不允许的。

6.根据权利要求1所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述应力强度因子法包括以下步骤：

当缺陷部位无缺陷时的总应力低于材料的屈服强度时，可用此方法进行评定。

S6：按不同裂纹种类计算等效拉应力；

S7：计算应力强度因子；

缺陷简化后，三种类型裂纹的应力强度因子按下式计算：

KI=σ(πC)1/2 (穿透裂纹)

KI=Ω(πa)1/2 /Ψ (埋藏裂纹)

KI=Eσ(πa)1/2 /Ψ(表面裂纹)

式中：C--穿透裂纹半长；

a--厚度方向埋藏裂纹高度的1/2或表面裂纹深度；

Ψ--第二类完全椭圆积分；

Ω--与埋藏裂纹高度a及裂纹位置有关的中间变量；

F-与表面裂纹短半轴与长半轴之比a/c及裂纹深度与壁厚之比a/t有关的中间变量。

S8：进行缺陷安全评定；

当KI≤0.6KIC，则所评定的缺陷是允许的。

7.根据权利要求6所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述步骤S6包括环向边裂纹的无限长厚壁圆筒焊接缺陷，其最大应力强度因子计算公式

其中，为一无量纲系数，其值受裂纹自身深度与钢管壁厚之比(l/h)和钢管的内外半径之比(a/b)相关。

8.根据权利要求7所述的利用断裂力学对薄壁离心混凝土钢管焊接缺陷评定方法，其特征在于：所述应力强度因子和J积分的关系为

在弯曲状态下有环向内边裂纹的薄壁钢管的断裂属于I型裂纹（张开型裂纹），故。