[发明专利]一种基于激波式的冲击磨损率速度指数的定量预测方法

摘要

本发明公开了一种基于激波式的冲击磨损率速度指数的定量预测方法。包括实现颗粒群冲击磨损率曲线的绘制和建立基于冲击磨损率速度指数的定量预测方法。建立了冲击磨损率速度指数的预测模型，可用于指定材质、给定冲击速度和角度时的冲击磨损率速度指数的快速查询，可为建立气-固两相流环境下冲击磨损率的修正模型提供重要依据，提高冲击磨损预测的精度，适用于压力管道、压力容器等设备系统的风险评定。本发明可针对石油化工、煤化工、核电工业等流程型工业的管道及阀门冲击磨损失效案例，进行冲击磨损率速度指数的求解和预测，为管道及阀门的失效分析、优化设计、风险评估及剩余寿命评价提供理论支撑。

主权项

一种基于激波式的冲击磨损率速度指数的定量预测方法，其特征在于：包括冲击磨损率曲线的绘制方法和冲击磨损率速度指数的定量预测方法；1)冲击磨损率曲线的绘制方法，包括如下步骤：步骤1.1)利用高压气瓶向高压管段内进行充气，并运用压力表、热电偶实时测试高压管段内的压力值和温度值；步骤1.2)连续向高压管段内充气，高压管段内的压力逐渐增加，直至超出高压管段与低压管段连接处非金属隔膜片的临界承载能力，非金属隔膜片破裂，高压管段的气体冲破非金属隔膜片时产生激波，并进入到压力值为P₀的低压管段，记录非金属隔膜片破裂时的高压管段压力值P₁；步骤1.3)根据步骤1.2)中产生的激波对低压管段内的颗粒群进行拖曳加速，颗粒群的速度由静止状态逐渐加速，并冲出颗粒加速段出口；步骤1.4)根据步骤1.3)中颗粒群冲出颗粒加速段出口的冲击速度V通过高速摄影仪进行标定，采用高速摄影仪记录单位时间Δt内连续两帧图片中颗粒群的移动距离ΔL，计算颗粒群冲出颗粒加速段出口的冲击速度V，即：V＝ΔL/Δt；步骤1.5)改变非金属隔膜片的厚度δ_i,i＝1,2....，重复步骤1.1)～步骤1.4)，建立非金属隔膜片破裂时厚度δ_i,i＝1,2....与高压管段压力值P_i,i＝1,2....的对应关系，获得非金属隔膜片不同厚度破裂时对应的颗粒群冲出颗粒加速段出口的冲击速度V；步骤1.6)根据步骤1.5)得到的颗粒群所述冲击速度V，建立冲击速度区间[V₁，V_i]，利用该区间的冲击速度冲击位于靠近颗粒加速段出口的待测试块，建立待测试块在受到颗粒群冲击后的冲击磨损率与冲击速度之间的函数映射关系，绘制冲击磨损率曲线图，即：Δm＝βV_iⁿ,i＝1,2...式中，Δm表示待测试块失重量与待测试块初始重量的比值，n表示速度指数，β为待求常数；2)冲击磨损率速度指数的定量预测方法，包括如下步骤：步骤2.1)基于冲击速度区间[V₁，V_i]，冲击位于靠近颗粒加速段出口设置的待测试块，待测试块安放角度α的范围为[0°，90°]，多次重复测试，建立冲击磨损率随待测试块安放角度α的函数映射关系，即：Δm∝α；步骤2.2)对于任意一选定的待测试块安放角度α_k，建立该选定角度α_k下的冲击磨损率曲线图，即Δm(α_k)＝βV_iⁿ,i＝1,2...；步骤2.3)对步骤2.2)获得的选定角度α_k下的冲击磨损率曲线图进行数学变换，获得方程式：ln[Δm(α_k)]＝lnβ+n ln V_i,i＝1,2...；步骤2.4)针对步骤2.3)得出的方程式进行进一步变换，令y＝ln[Δm(α_k)]，b＝lnβ，c＝ln V_i，则方程简化为一元线性方程：y＝b+nc；步骤2.5)对于步骤2.4)得出的一元线性方程，进行颗粒群的冲击速度区间[V₁，V_i]内的拟合求解，计算得出速度指数n和b，再换算得到待求常数β，即β＝e^b；步骤2.6)对于待测试块安放角度α的范围区间[0°，90°]，重复步骤2.1)～步骤2.5)，定量的计算得出在给定颗粒群的冲击速度区间[V₁，V_i]内，不同待测试块安放角度α对应的速度指数n。