[发明专利]考虑EIFS不确定性使用超声检测数据的概率疲劳寿命预测

说明书

本发明涉及一种用于概率地预测材料中疲劳寿命的方法，包括：采样(41)关于实际等效初始裂缝尺寸(EIFS)的随机变量；根据多变量分布生成(42)关于疲劳裂纹生长方程的参数(lnC，m)的随机变量；以及使用这些随机变量解算(43)疲劳裂纹生长方程。通过超声扫描目标对象、记录来自目标对象的回波信号、以及使用来自被扫描校准块的先前记录值将回波信号幅度转换成等效反射体尺寸，得到报告EIFS数据。等效反射体尺寸包括报告EIFS数据。

相关申请的交叉引用

本申请要求以Guan等人于2012年4月4日提交的、美国临时申请序号为61/620,087、名称为“Probabilistic Fatigue Life Prediction Using Ultrasonic InspectionData Considering EIFS Uncertainty”的申请为优先权，该申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本申请涉及使用超声无损检测(NDE)数据的概率疲劳寿命预测方法。

背景技术

对于经受应力负荷的大多数脆性材料而言，疲劳裂纹扩展是一种常见失效原因。对于关键结构部件，需要识别疲劳裂纹裂缝(fatigue crack flaws)并准确量化，使得能对部件进行维修保养，以避免灾难事件。对于可靠的损伤识别，无损检测是一种可用的技术。对于大规模结构部件，诸如发电机转子和涡轮叶片，超声探伤(UT)由于其适应性而通常被使用。从超声原始数据到物理裂缝尺寸的转换常常涉及多个步骤，包括探针调谐、校准、信号处理、以及最终裂缝尺寸计算。由于包埋在目标部件中的裂缝的随机本性，对于给定强度的超声响应信号，物理裂纹尺寸具有较大变化。另外，检测的概率将其它的不确定性引入裂缝尺寸计算。这些不确定性通过寿命预测模型传递，并且能影响维修决策，而且会导致灾难性结果。

为了计算疲劳裂纹生长和疲劳寿命，等效初始裂缝尺寸(EIFS)是一种有用变量，应当对其准确并且可靠地进行量化。在大多数现实应用中，因为实际裂缝常常包埋在测试部件中，直接目视测量没有用。即使裂缝在表面，由于系统复杂的几何形状及其工作条件，也不易获得直接测量结果。所以，超声检测已经成为获得裂缝信息的实际做法，尤其是对于包埋的裂缝。为了根据超声检测数据关于疲劳裂纹生长以及疲劳寿命计算估计EIFS，广泛使用了距离增益估量尺寸(DGS)的方法。由于裂缝以及超声探伤机制中的固有变化性，实际EIFS与使用DSG方法得到的报告EIFS具有显著差异。在最坏的情况下，实际EIFS与报告EIFS的比值可以是5甚至更高。

使用超声检测数据的传统疲劳寿命预测通常是确定性计算。为了补偿寿命评价过程中的不确定性，采用了许多安全系数以保证较宽的安全限度。这些安全系数取决于历史经验和工程判断。例如，在应力(tress)强度因子计算中，为了调整最终疲劳寿命，以及在初始裂缝尺寸估算中，都使用了安全系数。安全系数的概念便于采用，但寿命预测结果却难以解释。例如，2000次循环的剩余使用寿命的预测不是必然意味着假定负荷循环达到2000次时系统就要失效。使用安全系数的确定性疲劳寿命预测的另一缺点在于，各不确定性源的影响是未知的。另外，疲劳寿命预测有时可能是不实际地保守，并且导致不必要地频繁维修，这增加了寿命周期成本。对疲劳寿命预测的最近研究正从传统的确定性分析转移到通过使用概率建模明确地包括所有主要不确定性来源的概率分析。概率研究通常包括来自模型选择、模型参数、以及数字评估的不确定性。然而，对于使用DGS方法根据超声探伤数据所得到的EIFS，已经报告的研究很少提供用于明确的不确定性量化的系统方法。

发明内容