[发明专利]一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法

说明书

本发明公开了一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法，包括以下步骤：金属焊缝裂纹扩展模型的设计；采用有限元软件对金属焊缝裂纹扩展模型进行有限元分析，获取应变幅值分布图；根据应变幅值分布图计算感测区段及其封装长度，获得所有感测区段的封装长度；根据应变幅值分布图和所有感测区段的封装长度构造向量阵列，建立金属焊缝裂纹扩展长度的回归模型；根据金属焊缝裂纹扩展长度的回归模型对金属焊缝裂纹的扩展进行实时监测。本发明公开了一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法，解决了金属结构焊缝沿程裂纹扩展路径变化不均匀，不易直接布置光纤光栅传感器和监测识别的问题。

技术领域

本发明涉及结构健康监测，具体涉及一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法。

背景技术

焊缝裂纹是一种结构重要损伤类型，裂纹在扩展过程中会降低焊接位置的承载力并且在扩展到达一定程度后对结构造成不可逆转的损伤，能够实时准确判别焊缝裂纹扩展长度，对于计算裂纹扩展速率并对其应变实时监测，评价结构是否能够安全服役具有重要意义。

金属焊缝的裂纹扩展速率不易捕捉其规律性，目前研究焊缝裂纹扩展的监测过程中，由于金属结构焊缝沿程裂纹扩展路径变化不均匀，导致不易直接布置光纤光栅传感器，进而导致无法对裂纹实施多尺度和相应灵敏度的监测识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法，用以解决金属结构焊缝沿程裂纹扩展路径变化不均匀，不易直接布置光纤光栅传感器和监测识别的问题。

本发明提供一种金属焊缝裂纹扩展长度的识别方法，包括以下步骤：步骤A：金属焊缝裂纹扩展模型的设计；步骤B：采用有限元软件对金属焊缝裂纹扩展模型进行有限元分析，获取应变幅值分布图；步骤C：根据应变幅值分布图计算感测区段及其封装长度，获得所有感测区段的封装长度；步骤D：根据应变幅值分布图和所有感测区段的封装长度构造向量阵列，建立金属焊缝裂纹扩展长度的回归模型；步骤E：根据金属焊缝裂纹扩展长度的回归模型对金属焊缝裂纹的扩展进行实时监测。

具体地，所述步骤B包括以下步骤：

步骤B1：金属焊缝裂纹扩展模型的尺寸选择及焊缝设定；

步骤B2：选定一种工况，对焊缝施加荷载，获取其中一个工况的应变幅值分布图；

步骤B3：重复所述步骤B2，对焊缝施加多组荷载，获得多组工况下的应变幅值分布图。

具体地，所述步骤C包括以下步骤：

步骤C1：根据应变幅值分布图的结果，将金属焊缝具有相似路径及长度归纳为一个感测区段，将应变幅值分布图中的监测感测区段划分为n个感测区段，其中n个感测区段内的光纤长度分别为L₁，L₂，…，L_i，…，L_n；

步骤C2：依次得出n个感测区段沿裂纹扩展方向的正应变平均值分别为ε₁，ε₂，…，ε_i，…，ε_n，其中第i感测区段的光纤长度为L_i，ε_i为第i感测区段内所需要监测应变幅值的正应变平均值，1≤i≤n；

步骤C3：选择待测封装感测区段，对该感测区段采用钢管进行变尺度封装；

步骤C4：根据第i感测区段内的光纤长度L_i计算封装长度L_si，

步骤C5：重复所述步骤C4，直至计算所有感测区段的封装长度。

具体地，在所述步骤C4中，所述封装长度的计算公式为