[发明专利]一种表面含球形刮痕和压痕的连续管安全评价方法

权利要求书

1.一种表面含球形刮痕和压痕的连续管安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在服役连续管(1)表面筛选和确认球形缺陷(2)；

第二步：利用缺陷检测设备测量球形缺陷(2)在连续管(1)管体表面的深度a、球形的直径d；

第三步：区分球形刮痕缺陷和球形压痕缺陷；由于球形刮痕缺陷和球形压痕缺陷对连续管(1)疲劳寿命的影响机理不同，为了后期评价的需要，所以把球形缺陷(2)区分为球形刮痕缺陷和球形压痕缺陷；

第四步：分别建立含球形刮痕和球形压痕缺陷的连续管(1)疲劳寿命理论模型，并分别理论计算含球形刮痕和球形压痕缺陷的连续管(1)疲劳寿命，根据疲劳寿命计算结果反推出球形缺陷(2)深度a₁，计算球形缺陷(2)深度a₁与连续管(1)壁厚t的比值；

第五步：根据球形缺陷(2)处的深厚比，对含球形压痕缺陷连续管(1)进行四级评价，分别为免于评价、初级评价、精细评价和直接报废；即，球形压痕缺陷深度与连续管厚度比值小于等于10％免于评价；深厚比大于10％而小于等于20％进行初级评价；深厚比大于20％而小于等于50％进行精细评价；深厚比大于50％直接报废；

第六步：根据球形缺陷(2)处的深厚比，对含球形刮痕缺陷连续管(1)进行三级评价，分别为初级评价、精细评价和直接报废；即，球形压痕缺陷深度与连续管厚度比值小于等于10％进行初级评价；深厚比大于10％而小于等于40％进行精细评价；深厚比大于40％直接报废；所述第四步中，在考虑球形缺陷(2)敏感参数的基础上，计算含球形刮痕和球形压痕缺陷连续管(1)疲劳寿命的方法如下：

为了准确评估球形缺陷(2)处应变，引入了应变集中系数，如公式(I)所示；

对应的轴向应变集中系数、环向应变集中系数和径向应变集中系数如公式(II)所示；

式中，K_ε为应变集中因子；ε_tr为连续管(1)球形缺陷(2)根部应变；ε_nom为名义应变，即没有球形缺陷(2)处的应变；为轴向应变集中系数；ε_tra为球形缺陷(2)根部轴向应变；为环向应变集中系数；ε_trt为球形缺陷(2)根部环向应变；K_εr为径向应变集中系数；ε_trr为球形缺陷(2)根部径向应变；

基于厚壁圆筒理论得到在内压作用下连续管(1)的径向应力σ_r、环向应力σ_t和轴向应力σ_z：

式中：r₁为连续管(1)内半径，mm；r₂为外半径，mm；P₂为内压，MPa；r为任意半径，mm；

根据应力分析和von Mises准则，首先产生屈服的临界点总是连续管(1)的内表面，此时r＝r₁；

根据Remberg-Osgood弹塑性应力-应变关系，弯曲作用产生的总应变ε为弹性应变ε_e和塑性应变ε_p之和：

式中：D为连续管(1)外直径，mm；R′为弯曲半径，mm；E为弹性模量，MPa；σ_s为屈服极限，MPa；

弯曲产生的轴向力是产生塑性应变的主要原因，内压和弯曲作用下轴向应力σ_a为：

σ_a＝σ_z+σ_p    (VII)

由应力与塑性应变Holomon关系可得弯曲产生的轴向应力σ_p、内压弯曲耦合载荷下的环向应变、轴向应变和径向应变分别为：

σ_p＝K′(ε_p)ⁿ   (VIII)

式中：ε_t为环向应变；ε_a为轴向应变；ε_r为径向应变；K′为循环应变硬化系数，MPa；n′为循环应变硬化指数；

连续管(1)塑性变形过程中，采用体积不变假设，耦合载荷下等效塑性应变ε_q为：

采用Brown-Miller疲劳寿命理论模型，应变-寿命公式为：

式中：σ_f′是疲劳强度系数，MPa；ε′_f是疲劳延性系数；b疲劳强度指数；c是疲劳延性指数；Δγ_max是最大剪应变；Δε_n是最大剪应变平面的正应变；N为疲劳寿命，次；

当ε_a＞ε_r＞ε_t，最大剪应变：

Δγ_max＝ε_a-ε_t     (XII)

最大剪应变平面的正应变：

Δε_n＝(ε_t+ε_a)/2   (XIII)

(1)、含球形刮痕缺陷疲劳寿命理论模型

为准确评估刮痕缺陷对疲劳寿命的影响，在对含刮痕缺陷连续管(1)疲劳寿命评估时引入了缺陷严重系数；

式中，S为缺陷严重系数；h为缺陷深度，m；w为缺陷宽度，m；t为连续管(1)壁厚，m；l为缺陷长度，m；A_p为缺陷在连续管(1)截面上的投影面积，m²；A_c为含缺陷区域的投影面积，m²；

轴向应变集中系数与球形刮痕缺陷严重系数的关系为：

环向应变集中系数与球形刮痕缺陷严重系数的关系为：

得到含球形刮痕缺陷的连续管(1)疲劳寿命计算公式为：

式中：N₁为含球形刮痕连续管(1)疲劳寿命，次；

(2)、含球形压痕缺陷疲劳寿命理论模型

含球形压痕缺陷和刮痕缺陷对连续管(1)疲劳寿命的影响不同，所以对压痕缺陷连续管(1)疲劳寿命进行重新建模；

由公式(XVIII)可计算出不同压痕下疲劳寿命对应的等效塑性应变，等效塑性应变与球形压痕形状参数间关系式为公式(XIX)，最后得出含球形压痕缺陷的连续管(1)疲劳寿命计算公式(XX)；

含压痕连续管(1)塑性变形过程中，采用体积不变假设，耦合载荷下等效塑性应变为：

等效塑性应变与球形压痕的形状参数，其压痕半径为r′，压痕深度为h′，关系为公式(XIX)，把公式(XIX)代入公式(XVIII)可得公式(XX)：

f(r′，h′)＝0.06003+0.004232sin(0.5914πr′h′)-0.04458exp(-(0.188h′)²)   (XIX)

式中：N₂为含球形压痕连续管(1)疲劳寿命，次。