基于衰减速率算法模型的压力容器裂纹缺陷剩余寿命与安全裕度

摘要

疲劳裂纹是引发压力容器安全失效的主要原因，然而传统压力容器安全评定方法未考虑裂纹缺陷安全衰减过程的时变性，因此对裂纹缺陷的安全裕度表征方式存在缺陷。为此，本文通过力学公式推导、裂纹实验仿真与裂纹疲劳扩展实验相结合的方式研究了压力容器表面裂纹缺陷在疲劳断裂过程中的深长尺寸扩展规律，探索了裂纹缺陷在疲劳载荷作用下的安全衰减过程，结合安全衰减路径理论的基本思想，利用裂纹缺陷在失效过程中沿安全衰减时变路径的变化趋势来定义裂纹缺陷的疲劳失效速率，通过建立安全衰减时变路径与安全衰减速率之间的瞬态数学关系式，得到了裂纹缺陷安全衰减速率表征模型，并据此构建了曲线积分形式的裂纹缺陷剩余寿命计算模型与安全裕度表征模型。实验结果表明，本文所提寿命预测模型计算结果与裂纹缺陷的实际剩余寿命十分接近。裂纹缺陷的剩余寿命维持在总寿命的50%以上时，所提方法的安全裕度下降速率较为缓慢；而当裂纹缺陷的剩余寿命处于总寿命的50%以下时，安全裕度的下降速率会迅速增加。这种安全裕度表征方式不仅与裂纹缺陷的疲劳扩展规律一致，而且比传统方法更加符合裂纹缺陷的实际安全衰减过程、更有利于安全检测人员对临近失效裂纹缺陷进行识别与检测。

关键词

压力容器 / 安全衰减速率 / 剩余寿命预测 / 安全裕度表征