基于VC++软件结构完整性评定程序开发.

1、文章编号：1000-7466（2014）02-0000-00基于VC+软件结构完整性评定程序开发王孟法吕浩波韩兴马英骆学理（中国石油集团钻井工程研究院 北京康布尔石油技术发展有限公司，北京100120）摘要：利用VC+平台，开发了含缺陷结构完整性评定软件，将结构完整性评定的过程程序化，使结构完整性评定结果实现了图示。通过应用结果证明，该评定软件操作方便、设计合理、评估正确，避免了计算过程中的人为错误，减少了评定工作的计算时间，提高了工作效率。关键词：缺陷结构；完整性评定；软件设计中图分类号：TH 49；TQ050.7文献标志码：A doi:10.3969/j.issn.1004-7466.20

2、14.02.000Program development of integrity assessment for structural based on VC+Wang Mengfa Lv Haobo Han Xin Ma Ying Luo Xueli(Kembl Petroleum Technology Co.,Ltd. Of CNPC, Beijing 100120)Abstract: software of integrity assessment for structural with defects was developed based on vc+ platform,So tha

3、t the process of structural integrity assessment procedures and the result of structural integrity assessment graphic display. According to results of application known:the assessment software has the features of easy operated,reasonable designed,evaluated correct,avoiding human errors during calcul

4、ation, reducing the computation time, improving the working efficiency. Keywords: structural with defects; integrity assessment; software design压力容器在电站、石油化工和化学工业等行业中广泛使用，然而，在其制造、运输、安装、使用过程中不可避免的存在各种缺陷，缺陷的存在往往造成结构的失效，造成重大的经济损失及人员伤亡事故，还可造成严重的社会影响。实践证明，并非所有超标缺陷都导致压力容器失效，重要的是对缺陷加以区分，进行分析评定，消除那些带有潜在危险的缺陷

5、。因此，结构完整性评定对经济合理使用含缺陷结构具有十分重要的意义，含缺陷结构完整性（合于使用性1）安全评定技术在这种背景下应运而生。经过几十年的发展，结构完整性评定技术取得了巨大的成就，然而，在工程中推广应用时，存在着评定计算过程复杂、失效评定曲线绘制困难等问题。为此，借用计算机强大的数据处理功能及VC+交互界面，开发了含缺陷结构完整性评定软件。1结构完整性评定理论结构完整性是在保证安全的前提下，评定对象能否满足原设计功效的一种度量2 3。完整的结构必须保证在设计寿命或规定的检验周期内的任一时刻，结构的广义实际应力始终小于结构的广义实际抗力，即。但由于许多不确定因素的影响，使得实际评定时难以准

6、确地获得所需要的和，因此常采用简化的方法从偏保守的方向对和进行估算，并利用下式进行结构完整性评定： （1）式中，和分别为评定时所用的广义结构应力和广义结构抗力。式(1)所表示的即是结构完整性的评定原理：评定用的广义结构应力必须小于评定用的结构抗力，即；评定用的广义结构应力必须大于或等于实际的广义结构应力，即；评定用的广义结构抗力必须小于或等于实际的广义结构抗力，即：。结构完整性评定方法的种类较多，具有代表性的有美国机械工程师学会锅炉压力容器规范第十一卷中所采用的缺陷评定方法、英国含缺陷结构的完整性评定（CEGB R6，简称R6方法,下同）以及我国八五攻关编制的在役含缺陷压力容器安全评定规程(简

7、称SAPV95，下同) 4 5，这些评定判据均采用J积分理论及失效评价图（Failure Assessment Diagram，简称FAD，下同）技术6 7。失效评价图提供了一种方便的评价结构由脆断至塑性失稳整个范围的失效风险评估方法。失效评价图的y轴（轴）代表结构对脆性断裂的阻力，而x轴（轴）代表结构对塑性失稳的阻力。失效评价曲线（Failure Assessment Curves，简称FAC，下同）插在这两极限失效模式之间，如图3。对结构进行完整性评价时，可将评价点（，）描于FAD图上，每一评价点的位置是荷载条件、缺陷尺寸、材料性能的函数。如果评价点位于由失效评价图的坐标轴和失效评价曲线所

8、构成的区域，认为结构安全，反之，评价点落在失效评价曲线外侧，则结构可能不安全。评价点的y坐标由施加的裂纹驱动力（用应力强度因子计算）除以材料的断裂韧性得到，即；x坐标由施加的荷载以造成塑性失稳的荷载（用裂纹几何的弹塑性解计算）来确定，即。2 R6评定曲线R6方法是国际上比较认可评定方法，下面就其评定曲线进行详细介绍，R6方法有3种失效评定曲线(选择1、选择2、选择3)供选择。2.1 选择1曲线R6方法选择1曲线，是一条起着筛选作用的简单而保守的失效评定曲线（FAC）。选择1曲线的函数表达式为： (2)式（2）中，对有屈服平台材料取1.0。这是一条结构形式、材料、外载均无关的评定曲线。2.2选择

9、2曲线在已知评定结构材料应力-应变关系数据时，结构完整性评价时适用评定曲线函数表达式为： （3）式中，为材料屈服强度（下同），MPa，为弹性模量，MPa，为材料单向拉伸应力应变曲线上与ref相对应的应变值。曲线与结构形式、加载方式无关，仅取决于材料的应力-应变关系。在不知材料应力-应变关系时，根据材料是无屈服平台的连续屈服材料还是有屈服平台的非连续屈服材料有2个近似曲线可供选择。1）无屈服平台材料在不知道材料应力-应变数据时，连续屈服（即无屈服平台）材料结构完整性评价时，适用的近似选择曲线函数表达式为：在Lr1的范围内 （4） 式中，在1LrLrmax的范围内 （5）式中，为式在LR1时的的值

10、；N为材料应力-塑性应变关系用幂函数拟合表示时的指数，可用近似估算，为屈服强度的保守估算（下同）。2）有屈服平台材料在不知道材料应力-应变关系时，不连续（即有屈服平台）的材料结构完整性评价时，近似选择曲线函数表达式为：在Lr1段 （6）在Lr=1处 （7）其中 式中，是屈服平台长度，可按式作保守估计；在1LrLrmax范围内 （8）式中，。2.3选择3曲线 选择3曲线函数表达式为：（9）式中， 为裂纹体的积分，为裂纹体的积分线弹性分量。该曲线与材料、裂纹几何尺寸、外载荷均有关，是一条精确的FAC，在一般的工程中应用是不现实的（在此不做介绍）。3结构完整性软件设计软件中包含了R6及我国SAPV9

11、5两种结构完整性评价方法。3.1软件设计流程结构完整性评定软件系统流程图见图1。其中，R6 2001为国际公认的英国中央电力局所提带缺陷焊接的完整性评定方法第四版本，2001年发布；R6 1980为R6方法1980版本；SAPV95为我国“八五”攻关计划制定的结构完整性评定推荐作法。图1 完整性评定软件设计流程首先，选取评定结构材料类型和判据准则，然后根据结构材料类型和判据准则输入其他参数。软件中提供3种判据准则：R6 1980(1980年版)、R6 2001(2001年版)及SAPV-95。对R6 1980直接输入所需参数即可；而R6 2001及SAPV-95根据实际所知参数提供了两种评定曲

12、线。最后评定并显示。这一过程中如果输入的参数是不正常的（如裂纹长度大于结构长度），则判定输入参数有误，需重新输入参数或退出。3.2软件设计说明结构完整性计算评定用3个程序模块完成，即:材料类型和判据准则的选取、参数输入及计算评定。（1）材料确定及准则选取 材料确定及准则选取界面见图2。其功能是确定评定结构的材料类型和评定所用准则。常用钢结构材料已加在下拉列表中，直接选取即可。材料类型的确定可减少后续参数的输入（如材料屈服强度、拉伸强度等），节省操作时间，提高工作效率。如果不能确定结构材料类型，不进行选择操作或选择其他即可。判据准则（评定方法）有三种可供选择，R6 1980为通用准则，任何结构都

13、可以使用此准则评定；而R6 2001及SAPV-95则是需要评价结构参数已知。图2 材料确定及准则选取模块界面（2） 参数输入 参数输入界面见图3。其功能就是输入评定所需的其他参数，为已知材料类型时所需参数输入交互窗口，当材料已知后，评定判据曲线就已确定。图3 已知材料类型的参数输入界面 （3）计算评定 结构完整性评定计算示意图见图4。缺陷计算显示点在安全区内，即说明含缺陷结构是完整的或适用的。相反，结构则存在安全问题。图4 结构完整性评定计算示意图 （4）软件的优点 系统以VC+软件为开发平台，利于功能扩展；软件无需安装，打开即可使用；采用交互式界面，为用户操作提供及大便利；适用性强，对运行

14、环境基本无要求。4 软件使用验证对某厂新制造的一台高压罐进行出厂验收检测。该罐材料为Q345钢，在该高压罐结构完整性评定工作中应用此软件以验证其效果。经超声检测发现一条约0.5mm裂纹，裂纹位置构件长度（高压罐壁厚）为50mm。根据检测结果，依据压力容器评定规范对此高压罐进行评定，在软件中输入结构完整性评定所需缺陷损伤参数，计算结果见图5、图6，评定点落在安全区，可知结构是安全的，其缺陷可接受，评定结果与计算结果一致。 经过我公司监理部、评估部对100多套（件）石油设备的完整性评定使用验证，此评定软件操作方便、直观，设计合理，节省了大量评定计算过程的时间，提高了工作效率。图6 高压罐R6方法完

15、整性评定结果？图7 高压罐SAPV95方法完整性评定结果？5结语（1）应用计算机强大的计算功能和VC+开发平台编写的含缺陷结构完整性评定软件，减轻了结构完整性评定工作繁琐的计算过程，简化了评定流程，提高了工作效率，节约了成本。（2）应用实践证明，程序化结构完整性评定过程是科学的、合理的。（3）随着工程安全意识及工作流程工厂化意识的加强，此软件有广泛应用的价值。参考文献：1.李培宁.世界各国缺陷评定规范的发展J.上海华东理工大学学报,2006, 30（8）:20-22.2.杜凡.结构完整性评定技术进展J.广州化工. 2012, 10(1): 23-26.3.涂善东.核工程结构完整性技术D.华东理工大学. 2011.ISNB:978756831532:46-49.4. Rules for in-service inspection of nuclear power plant components. ASME Boiler and Pressure Vesse Codes, Section XI,2001.:1995 Bloo J M. Procedure for the assessment of the integrity of nuclear pressure vessels and piping containing defects EPRI T