[发明专利]漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁-结构耦合方法

摘要

本发明涉及的是漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁‑结构耦合方法，具体为：一、基于ANSYS有限元软件，进行参数化赋值；二、选择结构应力分析单元类型，进行管道焊缝建模，施加位移和载荷边界条件；三、基于VCCT技术，构造初始微裂纹，按照能量释放率准则，进行裂纹扩展计算；四、根据裂纹扩展过程中的张开距离和扩展长度，进行裂纹位置处空气网格重构；五、根据管道焊缝结构特点，在管道焊缝裂纹处，构造永磁铁、衔铁、极靴的管道外检测磁化结构模型；六、设计管道焊缝上方圆弧路径，提取磁‑结构耦合计算结果并分析漏磁的位置和强度，衡量裂纹扩展进程；七、重复三至六，反复计算分析，至管道断裂。本发明可判据管道焊缝损伤程度。

主权项

1.一种漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁‑结构耦合方法，其特征在于：所述漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁‑结构耦合方法，包括以下步骤：步骤一、基于ANSYS有限元软件，进行参数化赋值，包括几何尺寸参数、材料参数、载荷参数；（1）将管道、焊缝、微裂纹、磁化结构、周围空气的几何参数赋值;a、二维管道几何参数包括管道内径Di，外径Do；b、焊缝几何参数包含焊缝熔宽B1，余高H1；c、微裂纹几何参数包含微裂纹在管道焊缝位置、微裂纹初始长度lc，确定裂纹路径上未扩展长度ln；d、磁化结构几何参数包括气隙高度AH，气隙、极靴、磁铁的宽度CTW，极靴高度JXH，磁铁高度CTH，衔铁高度XTH；e、周围空气几何参数包括磁化结构上方气隙高度UPAL，管道下方气隙高度、管道左右两侧气隙宽度OAL；（2）将管道、焊缝、磁化结构、周围空气的材料参数赋值；a、选择管道材料为Q235钢，材料本构采用线性强化弹塑性模型，材料参数包括磁特性曲线B‑H值、弹性模量E、泊松比、屈服强度、切线模量E₁、断裂韧度K_IC、平面应变模型的临界应变能量释放率G_IC；b、设定焊缝材料属性与管道一致；c、磁化结构材料参数包括永磁铁材料铷铁硼Nd‑Fe‑B的磁特性曲线B‑H值，衔铁、极靴的材料工业纯铁的磁特性曲线B‑H值；d、空气相对磁导率；（3）给管道流体内压载荷、励磁载荷赋值；步骤二、选择结构应力分析单元类型，进行管道焊缝建模，施加位移和载荷边界条件；a、选择结构应力分析单元类型为平面应变单元PLANE182；b、在保证精度前提下，为了提高计算效率，节省计算时间，在管道焊缝区域网格加密，远离该区域网格稀疏；c、根据几何尺寸建面，划分网格，用映射网格划分方法mapped划分成四面体；d、施加位移边界条件；e、施加载荷边界条件：初始内压P、最大内压Pe；f、载荷步i初始值i=0；步骤三、基于VCCT技术，构造初始微裂纹，按照能量释放率准则，进行裂纹扩展计算；a、指定裂纹扩展路径，在路径上形成界面单元，选择单元类型INTER202；b、在扩展路径上，删除预设微裂纹位置长度为lc的界面单元，使该位置构造出初始微裂纹；c、在界面单元处创建接触关系，其中：目标单元选用TARGE169，接触单元选用CONTA171；d、裂纹扩展计算方法设置，打开自动载荷步；e、由于采用线性强化弹塑性模型，在非线性设置中，限制塑性应变；f、指定裂纹尖端T，裂纹扩展算法采用VCCT；g、采用能量释放率准则，进行裂纹扩展计算，计算每个载荷步i的能量释放率GI，i=i+1，通过比较Ι型裂纹有限元网格节点计算的能量释放率GI和所选取的管道材料的临界应变能量释放率GIC之间的大小判定管道焊缝中裂纹是否扩展；h、若，裂纹未扩展，通过自动载荷步施加压力增量，增量为P_e/n，自动选取；若，裂纹开始扩展，在裂纹扩展过程中，通过自动载荷步施加微小压力增量，增量为P_e/m；i、计算裂纹扩展长度le，比较le与ln；若le

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