[发明专利]一种基于超声定量数据的关键件疲劳寿命的定寿方法

摘要

本发明公开了一种基于超声定量数据的关键件疲劳寿命的定寿方法，包括以下步骤：利用超声无损检测设备对被测关键件进行扫查，确定被测关键件的缺陷位置和对应的超声回波幅值信息；比对相同距离不同直径平底孔或侧边孔的回波幅值，得到当量平底孔或侧边孔直径；计算椭圆裂纹初始长度；基于断裂力学的裂纹扩展机理，建立应力强度因子驱动的裂纹扩展模型；计算裂纹长度随循环载荷数的结果，并将结果表示为裂纹扩展曲线，根据曲线确定裂纹扩展寿命；使用安全系数对结果进行修正，得到最终的剩余寿命。本发明能够在超声定量数据的基础上，结合材料的裂纹扩展模型，准确分析出关键件的剩余寿命，有利于关键件所在设备设施的长期稳定使用。

主权项

1.一种基于超声定量数据的关键件疲劳寿命的定寿方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.缺陷筛查：利用超声无损检测设备对被测关键件进行扫查，确定被测关键件的缺陷位置，并记录缺陷位置和对应的超声回波幅值信息；S2缺陷定量：比对相同距离不同直径平底孔或侧边孔的回波幅值，得到当量平底孔或侧边孔直径；S3.初始裂纹长度转换：根据平底孔或侧边孔的反射体面积，折算成相同面积的椭圆反射面，给定一个椭圆的短轴/长轴比例系数r，计算出椭圆裂纹的短轴半径长度，作为椭圆裂纹初始长度a0；S4.建立裂纹扩展模型：基于断裂力学的裂纹扩展机理，建立应力强度因子驱动的裂纹扩展模型：式中，a为裂纹长度，N为载荷循环次数，f(a)是修正因子，ΔK是一个载荷循环下的应力强度因子范围，K为应力强度因子，C和m是材料的裂纹扩展模型系数；修正因子f(a)和裂纹的几何形状、边界距离相关；应力强度因子K和裂纹长度a、应力σ相关；该模型中，应力幅值定义为Δσ＝σmax‑σmin；材料的临界应力强度因子Kc表征了裂纹能够稳定扩展的最大应力强度因子,通过最大应力σmax和Kc，即可计算出临界裂纹长度ac,当裂纹扩展至ac时，裂纹迅速扩展并发生断裂；S5.计算裂纹扩展寿命：确定初始裂纹a0，裂纹扩展模型参数C及m，以及应力幅值Δσ，并利用裂纹扩展模型，计算裂纹长度a随循环载荷数N的结果，并将结果表示为裂纹扩展曲线；当裂纹长度为ac时对应的载荷循环数Nc即为裂纹扩展寿命；S6.结果修正：使用安全系数S对结果进行修正，得到最终的剩余寿命Ns＝Nc/S；所述安全系数S根据材料的分散性来确定。