本發(fā)明涉及一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法。具體涉及l(fā)360輸氣管道腐蝕疲勞擴(kuò)展裂紋的低頻噪聲分形維數(shù)表征方法。該方法首先測(cè)量腐蝕疲勞前后管道裂紋的低頻噪聲數(shù)據(jù)并計(jì)算其分形維數(shù)值，然后，根據(jù)計(jì)算所得的分形維數(shù)變化，反映出油氣管道疲勞裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)。
背景技術(shù)：
：我國(guó)能源儲(chǔ)藏在地域上分布不均衡。西部地區(qū)的塔里木盆地、柴達(dá)木盆地、陜甘寧和四川盆地蘊(yùn)藏著26萬億立方米的天然氣資源和豐富的石油資源，約占全國(guó)陸上天然氣資源87％。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，尤其是東部發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)石油天然氣等能源的需求不斷攀升。大量的能源需要從西部地區(qū)輸送到東部。管道輸送是石油天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。近年來，隨著我國(guó)天然氣需求的不斷增加，高壓、大直徑輸送和數(shù)字化管理是當(dāng)前天然氣管道建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。然而，天然氣中含有一定量的h2s(如大港油田h2s含量1.4％，內(nèi)蒙長(zhǎng)慶氣田1.5％)，h2s不但具有毒性，還具有強(qiáng)烈的腐蝕性。含有h2s的酸性氣體的天然氣在輸送過程中會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕。尤其是新建管道，管道打壓試驗(yàn)時(shí)遺留的水較多，水的存在會(huì)加速h2s酸性氣體的腐蝕。國(guó)內(nèi)外因腐蝕加速管道疲勞損傷直至破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，研究管道腐蝕疲勞對(duì)于管道的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。一般認(rèn)為，疲勞損傷在管件內(nèi)逐漸積累,達(dá)到某一臨界值時(shí),形成初始疲勞裂紋。然后，初始疲勞裂紋在循環(huán)應(yīng)力及環(huán)境的共同作用下不斷張開和閉合，逐漸擴(kuò)展、增大，即發(fā)生亞臨界擴(kuò)展。當(dāng)裂紋長(zhǎng)度達(dá)到其臨界裂紋長(zhǎng)度時(shí)，難以承受外加載荷,裂紋發(fā)生快速擴(kuò)展,以至斷裂。可以看出，這種管件失效是一種漸進(jìn)積累式的破壞過程，并且不可逆轉(zhuǎn)。對(duì)于天然氣傳輸管道來說，一旦出現(xiàn)裂紋而發(fā)生管道泄露，這將給油氣田帶來難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。所以預(yù)測(cè)管道的壽命，避免帶病管道超期服役是當(dāng)前管道研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。國(guó)內(nèi)外關(guān)于疲勞裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)方法的研究很多，目前在工程中應(yīng)用最為廣泛的方法依然是1963年由paris和erdogan在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的疲勞裂紋擴(kuò)展公式，也就是著名的paris公式。它建立了應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系，是當(dāng)今工程應(yīng)用中預(yù)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的理論基礎(chǔ)。paris公式形式為：式(1)中，a是裂紋長(zhǎng)度，n為疲勞次數(shù)，δk為應(yīng)力強(qiáng)度因子變化輻度，c和m為與材料有關(guān)的常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。但隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)paris公式的通用性較好,但也有一定的缺陷,因?yàn)槠洳牧铣?shù)c、m會(huì)隨應(yīng)力比等參數(shù)的變化而變化。還有一些環(huán)境因素如溫度、濕度、介質(zhì)、加載頻率的影響也會(huì)使材料常數(shù)c、m有些許變化。所以在實(shí)際試驗(yàn)中很少發(fā)現(xiàn)c和m是恒定不變的。在h2s腐蝕環(huán)境中，裂紋擴(kuò)展速率會(huì)被加速，也會(huì)影響到預(yù)測(cè)結(jié)果。由于paris公式假設(shè)過于簡(jiǎn)單，影響因素較多，因此，從該方法中提取參數(shù)具有一定的不確定性，無法對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析。噪聲，是自然界中存在的一種隨機(jī)漲落現(xiàn)象。1/f噪聲是低頻噪聲的一種，它的功率譜s(f)與1/fa成正比，a一般在1附近。噪聲一直以來都容易被人們所忽視，但低頻噪聲中包含了許多重要的信息。研究表明：當(dāng)材料內(nèi)部缺陷(如位錯(cuò)，裂隙)嚴(yán)重時(shí)，低頻1/f噪聲占主導(dǎo)地位。它的漲落信息與材料的缺陷有很大關(guān)聯(lián)。由于低頻1/f噪聲也屬于分形噪聲的一類，分形維數(shù)d與a存在如下關(guān)系：a＝5-2d(2)因此研究分形維數(shù)的變化可以預(yù)見材料內(nèi)部的缺陷變化。由于管道裂紋本身就是一種材料缺陷，通過低頻1/f噪聲的測(cè)量，計(jì)算它的分形維數(shù)，可以判斷裂紋的擴(kuò)展程度。常規(guī)的pairs表征方法要在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行破壞性的疲勞試驗(yàn)，由此測(cè)量疲勞裂紋的擴(kuò)展。為了得到可靠的結(jié)果，paris方法需要大量的樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，非常耗時(shí)耗力。前面也提到，由于環(huán)境的影響，其測(cè)得的一些參數(shù)值具有一定的不確定性。采集管道低頻噪聲并計(jì)算噪聲分形維數(shù)的方法是一種敏感的無損檢測(cè)方法。該方法具有檢測(cè)速率快，對(duì)樣品本身無破壞的優(yōu)點(diǎn)。并且在疲勞裂紋擴(kuò)展的過程中，從裂紋的萌生，擴(kuò)展，直至斷裂，這些內(nèi)部缺陷的形成和變化信息都與裂紋低頻噪聲的分形維數(shù)有著關(guān)聯(lián)。我們可以通過數(shù)據(jù)采集卡采集出噪聲信號(hào)，并計(jì)算出其分形維數(shù)，由分形維數(shù)的變化可以反映出疲勞裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法，利用管道裂紋的低頻噪聲分形維數(shù)來表征腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)。該方法克服了paris方法的不足。本方法首先在管道上切取出弧形試樣,直接加工出平板結(jié)構(gòu),且為含穿透裂紋的標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣(ct試樣)。測(cè)量腐蝕疲勞前后裂紋的低頻1/f噪聲，計(jì)算噪聲分形維數(shù)。通過對(duì)比分析疲勞裂紋擴(kuò)展前后的分形維數(shù)值，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)l360管道疲勞裂紋擴(kuò)展的預(yù)測(cè)和表征。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法，包括以下步驟：一、對(duì)l360套管道進(jìn)行切取制樣，預(yù)制疲勞裂紋并清洗1)切取管材：試驗(yàn)材料取自普光氣田某條管道，設(shè)計(jì)壓力為11mpa，壁厚17.5mm，按照規(guī)范，試驗(yàn)試樣應(yīng)按cr方向取樣，其中c表示裂紋表面的法線方向，即圓周方向；r表示裂紋沿壁厚擴(kuò)展方向，由于管道管壁很薄，不按cr取向切取試樣，只按cl取向在管材上切取試樣，l為裂紋擴(kuò)展方向，按cl取向截取母材樣品3件；2)制備ct試樣：按照gb/t6398—2000標(biāo)準(zhǔn)制作ct試樣，上述弧形樣品取下后，直接加工出平板結(jié)構(gòu)，且為含穿透裂紋的標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣，即ct試樣，ct試樣w＝65mm，厚b＝15mm，用0.2mm的鉬絲，切割出長(zhǎng)5mm的裂紋源；3)預(yù)制疲勞裂紋：為便于裂紋起裂和減少預(yù)制疲勞裂紋所用的時(shí)間，試驗(yàn)前先對(duì)試樣進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，預(yù)裂載荷比0.1，最大載荷10kn，預(yù)制出的疲勞裂紋長(zhǎng)度約1.5-2mm；4)清洗：首先進(jìn)行ct試樣表面除銹將ct試樣在除銹液中浸泡20-30分鐘；然后將ct試樣取出，用去離子水沖洗2-3分鐘，去除表面附著的多余除銹液(注意：去離子水沖洗時(shí)，ct試樣的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；二、疲勞試驗(yàn)前，測(cè)試并采集ct樣品的低頻噪聲在ct試樣的預(yù)制裂紋兩側(cè)，各焊接兩根引線，連接到低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)上，噪聲測(cè)試平臺(tái)主要組成有偏置電路，低噪聲放大器，計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)，整個(gè)噪聲測(cè)試平臺(tái)搭建在cu網(wǎng)電磁屏蔽室中，噪聲測(cè)試平臺(tái)各部分主要功用如下：1)偏置電路：為被測(cè)ct試樣提供所需的電壓；2)低噪聲放大器：由于低頻噪聲信號(hào)極其微弱，必須將信號(hào)充分的放大，這樣數(shù)據(jù)采集卡才能夠有效采集和量化；3)計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)：此模塊將低噪聲放大器輸出的模擬噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)；4)電磁屏蔽室：由于低頻噪聲信號(hào)極其微弱，很容易受到外界電磁干擾，因此整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)須置于電磁屏蔽環(huán)境中；三、計(jì)算疲勞前低頻噪聲的分形維數(shù)d選用盒計(jì)數(shù)法計(jì)算分形維數(shù)，主要方法如下：用邊長(zhǎng)為r的正方形格子覆蓋噪聲信號(hào)圖形，統(tǒng)計(jì)出覆蓋格子中含有噪聲點(diǎn)的格子數(shù)目n(r)，每次改變正方形格子邊長(zhǎng)r的大小，得到不同的n(r)，也即得到一組數(shù)據(jù)(ri，n(ri))，滿足:n(r)∝r-d(3)式中：n(r)為含有噪聲點(diǎn)的格子數(shù)目，r為正方形格子邊長(zhǎng)，d為分形維數(shù)；四、對(duì)ct試樣進(jìn)行腐蝕疲勞試驗(yàn)將樣品從低頻噪聲測(cè)試系統(tǒng)中取出，在試樣的裂紋周圍采用特種防漏膠構(gòu)造封閉空間，用醫(yī)用注射器將h2s飽和水溶液注入空腔，將樣品放置在mts810-250型液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄試驗(yàn)過程中的載荷、位移和裂紋長(zhǎng)度的信息，所采用載荷比r＝pmin/pmax＝0.1，最大載荷pmax＝10kn，加載頻率5hz，加載波形為正弦波；在疲勞擴(kuò)展中，裂紋尺寸a隨著疲勞循環(huán)次數(shù)n增加而增長(zhǎng)，裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子變化幅度δk也隨之不斷變化，通過記錄試驗(yàn)中某一裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度a與對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)n的數(shù)據(jù)，即記錄下一系列(ai,ni)數(shù)據(jù)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至10-15mm時(shí)，停止疲勞試驗(yàn)；五、測(cè)量腐蝕疲勞后的ct樣品裂紋噪聲將ct試樣從疲勞機(jī)中取下后迅速用丙酮清洗試樣裂紋處；隨后采用去離子水沖洗丙酮?dú)埩粢?-3分鐘(注意：去離子水沖洗時(shí)，ct試樣的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；在低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)上對(duì)ct試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)后的低頻噪聲測(cè)試，所加偏置電壓與第二步中的相同，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前后可對(duì)比性。六、計(jì)算疲勞后的低頻噪聲的分形維數(shù)d由于低頻噪聲分形維數(shù)與材料內(nèi)部的裂紋和缺陷有關(guān)系，通過對(duì)疲勞試驗(yàn)前后的低頻噪聲分形維數(shù)的計(jì)算，找出分形維數(shù)值的變化，進(jìn)而判斷管道裂紋擴(kuò)展的狀況，分形維數(shù)計(jì)算的主要步驟為：1)選取一組合適的正方形邊長(zhǎng)，組成數(shù)組r＝{r1,r2,...rn}；2)每次用邊長(zhǎng)為ri的正方形組成網(wǎng)格，覆蓋噪聲信號(hào)。統(tǒng)計(jì)覆蓋有噪聲信號(hào)的正方形格子總數(shù)n(ri)，n次之后獲得一組數(shù)據(jù)n(r)＝{n(r1),n(r2),...n(rn)}；3)對(duì)數(shù)據(jù)ln(1/ri)和lnn(ri)進(jìn)行擬合，所得斜率即為分形維數(shù)d，根據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dn與應(yīng)力強(qiáng)度因子變化幅度δk之間的關(guān)系,疲勞損傷在管道內(nèi)逐漸積累,達(dá)到某一臨界值時(shí),形成初始疲勞裂紋。然后，初始疲勞裂紋在循環(huán)應(yīng)力及環(huán)境的共同作用下逐步擴(kuò)展,即發(fā)生亞臨界擴(kuò)展，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度時(shí),難以承受外加載荷,裂紋將發(fā)生快速擴(kuò)展,以至斷裂。可將疲勞裂紋擴(kuò)展分為三個(gè)階段；第一階段為疲勞裂紋的萌生階段，存在一個(gè)門檻應(yīng)力強(qiáng)度因子幅δkth,當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度因子變化幅度低于門檻值時(shí),即δk≤δkth,疲勞裂紋基本不擴(kuò)展，在光滑試樣表面存在很多微小裂紋,微裂紋開始萌生并擴(kuò)展，萌生和擴(kuò)展在時(shí)間上也是隨機(jī)的，主裂紋不容易形成，此時(shí)裂紋紋理較粗糙；第二個(gè)階段為裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段(亞臨界擴(kuò)展階段),其應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍大于δkth，此時(shí)損傷行為逐漸趨于平緩，由于多數(shù)微小裂紋的擴(kuò)展、合體產(chǎn)生主裂紋,主裂紋迅速形成并擴(kuò)展，微小裂紋漸漸減少，裂紋粗糙度下降，在該區(qū)內(nèi),裂紋擴(kuò)展速率da/dn與應(yīng)力強(qiáng)度因子幅服從paris公式,也稱為paris區(qū)；第三階段為裂紋快速擴(kuò)展階段，da/dn很大，宏觀主裂紋已經(jīng)壯大，疲勞裂紋擴(kuò)展壽命短?？梢钥闯?，在這一變化過程中，裂紋的粗糙度也發(fā)生著改變，在疲勞裂紋萌生階段，由于微裂紋多且密，裂紋紋理粗糙度較大，隨著疲勞損傷的進(jìn)行，在第二和第三個(gè)階段，微裂紋合體產(chǎn)生主裂紋，主裂紋逐漸長(zhǎng)大，微裂紋漸漸減少，裂紋紋理粗糙度下降，由于管道裂紋是一種材料缺陷，低頻1/f噪聲漲落信息與材料的缺陷有很大關(guān)聯(lián)，分形維數(shù)本身就是復(fù)雜形體不規(guī)則性的量度，因此，裂紋的粗糙度變化可以由分形維數(shù)表征；噪聲信號(hào)可以在一個(gè)二維坐標(biāo)系中表示，它的分形維數(shù)d一般大于1小于2，如果噪聲曲線比較平直(反映出裂紋較光滑)，其分形維數(shù)較?。幌喾?，噪聲曲線越曲折(裂紋紋理粗糙)，其分形維數(shù)值也越大，所以通過提取低頻1/f噪聲的分形維數(shù)值，可知管道裂紋的粗糙程度，通過分形維數(shù)值的變化，可以表征裂紋的發(fā)展情況。所述的除銹液，按重量百分比，包括以下組分：質(zhì)量濃度為15％鹽酸55％；六次甲基四胺10％；水35％。本發(fā)明的有益效果是：現(xiàn)有的管道裂紋疲勞損傷研究多基于常規(guī)的pairs表征方法，該方法要在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行破壞性的疲勞試驗(yàn)，由此測(cè)量疲勞裂紋的擴(kuò)展行為。為了得到可靠的結(jié)果，paris方法需要大量的樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，非常耗時(shí)耗力。由于環(huán)境的影響，其測(cè)得的一些參數(shù)值具有一定的不確定性。在裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段，只有第二個(gè)階段，即裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展速率da/dn與應(yīng)力強(qiáng)度因子變化幅度δk服從paris公式。所以在裂紋萌生階段以及裂紋快速擴(kuò)展階段，paris方法不再適用。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是：本發(fā)明利用所測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展過程中電噪聲的分形維數(shù)來表征管道裂紋的擴(kuò)展行為，測(cè)量和計(jì)算的用時(shí)較少，在測(cè)量的時(shí)候不會(huì)對(duì)管道本體造成傷害。結(jié)合前文的分析，發(fā)現(xiàn)在裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段，伴隨著微裂紋的萌生、擴(kuò)展、合體，微裂紋逐漸產(chǎn)生，增長(zhǎng)，再慢慢減少，主裂紋產(chǎn)生并慢慢壯大。這一過程中裂紋的粗糙度也發(fā)生著變化，由于低頻噪聲的分形維數(shù)與材料裂紋的粗糙程度有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，故而本發(fā)明所提出的方法是一種高效、敏感的無損檢測(cè)方法，該方法既能夠預(yù)測(cè)管道的服役壽命，也能使管道檢測(cè)與維護(hù)等方面的成本大大降低。附圖說明圖1是本發(fā)明l360管道取樣圖。圖2是本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸ct試樣圖。圖3是本發(fā)明低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明分形維數(shù)計(jì)算流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明是在l360輸氣管道上切取并制成標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣(ct試樣)。隨后對(duì)試樣進(jìn)行疲勞前和疲勞后的電噪聲測(cè)試，計(jì)算噪聲分形維數(shù)，通過分形維數(shù)表征疲勞裂痕的發(fā)展程度。我們選擇三個(gè)實(shí)施樣例，這三個(gè)樣例疲勞裂痕長(zhǎng)度依次遞增。其實(shí)施方案如下：實(shí)施例一一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法，包括如下步驟：一，切取管材并制成ct試樣，隨后進(jìn)行表面清洗和吹干1)切取管材：按圖1所示，切取弧形管材，試驗(yàn)材料取自普光氣田某條管道，設(shè)計(jì)壓力為11mpa，壁厚17.5mm，按照規(guī)范，試驗(yàn)試樣應(yīng)按cr方向取樣，其中c表示裂紋表面的法線方向，即圓周方向；r表示裂紋沿壁厚擴(kuò)展方向，由于管道管壁很薄，不可能按cr取向切取試樣，因此只能按cl取向在管材上切取試樣，l為裂紋擴(kuò)展方向，按cl取向截取母材樣品3件；2)制備ct試樣：按照gb/t6398—2000標(biāo)準(zhǔn)制作ct試樣，上述弧形樣品取下后，直接加工出平板結(jié)構(gòu)，且為含穿透裂紋的標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣，即ct試樣，ct試樣w＝65mm，厚b＝15mm，用0.2mm的鉬絲，切割出長(zhǎng)5mm的裂紋源，將弧形管材制成ct試樣(如圖2所示)；3)預(yù)制疲勞裂紋：為便于裂紋起裂和減少預(yù)制疲勞裂紋所用的時(shí)間，試驗(yàn)前先對(duì)試樣進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制，預(yù)裂載荷比0.1，最大載荷10kn，預(yù)制出的疲勞裂紋長(zhǎng)度約1.5-2mm；4)清洗：首先進(jìn)行試樣表面除銹工作，除銹液配方如下：配方重量百分比鹽酸(質(zhì)量濃度15％)55％六次甲基四胺10％水35％將樣品浸泡在除銹液中，保證ct樣件表面充分接觸到除銹液，持續(xù)時(shí)間為20-30分鐘；然后將樣品取出并用去離子水進(jìn)行沖洗大概2-3分鐘，去除表面附著的多余除銹液，注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行；最后將樣品用夾具掛起，吹干；二、疲勞實(shí)驗(yàn)前，測(cè)試并采集ct樣品的低頻噪聲將a、b兩根引線分別焊接在ct樣品的預(yù)制裂紋兩側(cè)，將a引線連接到偏置電路中并串聯(lián)一個(gè)100歐姆的滑線變阻器，然后調(diào)節(jié)滑線變阻器使電壓值為2.5v；b引線連接噪聲測(cè)試平臺(tái)上的前置低噪聲放大器，低噪聲放大器通過計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集卡與存儲(chǔ)器相連，整個(gè)噪聲測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示；三、計(jì)算疲勞前低頻噪聲的分形維數(shù)d按照?qǐng)D4所示流程，編寫程序，實(shí)現(xiàn)分形維數(shù)計(jì)算，所用公式為：n(r)∝r-d(3)對(duì)數(shù)據(jù)ln(1/ri)和lnn(ri)進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果為d＝1.907；四、對(duì)ct試樣進(jìn)行腐蝕疲勞試驗(yàn)將ct試樣從低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)中取出，在ct試樣的裂紋周圍采用特種防漏膠構(gòu)造封閉空間，用醫(yī)用注射器將h2s飽和水溶液注入封閉空腔；然后將樣品安置在mts810—250型液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄試驗(yàn)過程中的載荷、位移和裂紋長(zhǎng)度等相關(guān)信息，所采用載荷比r＝pmin/pmax＝0.1，最大載荷pmax＝10kn，加載頻率5hz，加載波形為正弦波；記錄試驗(yàn)中每一裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度a與對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)n的數(shù)據(jù)，即記錄下一系列(ai,ni)數(shù)據(jù)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至10mm時(shí)，停止疲勞試驗(yàn)；五、測(cè)量腐蝕疲勞后的ct試樣裂紋的噪聲將試樣從疲勞機(jī)中取下后迅速用丙酮將試樣斷口清洗；隨后用去離子水沖洗丙酮?dú)埩粢?-3分鐘(注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；在低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)上對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕疲勞后的低頻噪聲測(cè)試，所加偏置電壓與步驟二中的相同，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前后可對(duì)比性。六、計(jì)算疲勞后的低頻噪聲的分形維數(shù)d利用分形維數(shù)計(jì)算程序，計(jì)算出疲勞后樣品噪聲維數(shù)為d＝1.812；與步驟三計(jì)算所得分形維數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)隨著腐蝕疲勞的進(jìn)行，分形維數(shù)有減小的趨勢(shì)。這也反映出一開始微裂紋較多，裂紋整體粗糙度較大，分形維數(shù)值較高。當(dāng)腐蝕疲勞進(jìn)行一段時(shí)間之后，由于多數(shù)微小裂紋的擴(kuò)展、合體產(chǎn)生主裂紋,主裂紋迅速形成并擴(kuò)展，微小裂紋漸漸減少。裂紋粗糙度下降，分形維數(shù)值降低。因此，可以通過分形維數(shù)值的變化，對(duì)ct樣品疲勞裂紋擴(kuò)展程度進(jìn)行預(yù)見和表征。實(shí)施例二一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法，其主要步驟如下：步驟1，切取管材并制成ct試樣，隨后進(jìn)行表面清洗和吹干；(1)切取和制備ct試樣：按圖1所示切取弧形管材，然后將弧形管材制成ct試樣(如圖2所示)；(2)預(yù)制疲勞裂紋:預(yù)裂載荷比0.1，最大載荷10kn，預(yù)制出的疲勞裂紋長(zhǎng)度約1.5-2mm；(3)清洗：首先進(jìn)行試樣表面除銹工作，除銹液配方如下：配方重量百分比鹽酸(質(zhì)量濃度15％)55％六次甲基四胺10％水35％將樣品浸泡在除銹液中，保證ct樣件表面充分接觸到除銹液，持續(xù)時(shí)間為20-30分鐘；然后將樣品取出并用去離子水進(jìn)行沖洗大概2-3分鐘，去除表面附著的多余除銹液(注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；二、疲勞試驗(yàn)前，測(cè)試并采集ct樣品的低頻噪聲將a,b兩根引線分別焊接在ct樣品的預(yù)制裂紋兩側(cè)，將a引線連接到偏置電路中并串聯(lián)一個(gè)100歐姆的滑線變阻器，然后調(diào)節(jié)滑線變阻器使電壓值為2.5v；b引線連接噪聲測(cè)試平臺(tái)上的前置低噪聲放大器，整個(gè)噪聲測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示；缺少對(duì)計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡及存儲(chǔ)器的說明三、計(jì)算疲勞前低頻噪聲的分形維數(shù)d按照?qǐng)D4所示流程，編寫程序，實(shí)現(xiàn)分形維數(shù)計(jì)算，所用公式為：n(r)∝r-d(3)對(duì)數(shù)據(jù)ln(1/ri)和lnn(ri)進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果為d＝1.892；四、對(duì)ct試樣進(jìn)行腐蝕疲勞試驗(yàn)將ct試樣從低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)中取出，在試樣的裂紋周圍采用特種防漏膠構(gòu)造封閉空間，用醫(yī)用注射器將h2s飽和水溶液注入封閉空腔。然后將樣品安置在mts810—250型液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄試驗(yàn)過程中的載荷、位移和裂紋長(zhǎng)度等相關(guān)信息。所采用載荷比r＝pmin/pmax＝0.1，最大載荷pmax＝10kn，加載頻率5hz,加載波形為正弦波；記錄試驗(yàn)中每一裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度a與對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)n的數(shù)據(jù),即記錄下一系列(ai,ni)數(shù)據(jù)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至12mm時(shí)，停止疲勞試驗(yàn)；五、測(cè)量腐蝕疲勞后的ct樣品裂紋的噪聲將ct試樣從疲勞機(jī)中取下后迅速用丙酮將試樣斷口清洗；隨后用去離子水沖洗丙酮?dú)埩粢捍蟾?-3分鐘(注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；在低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)上對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕疲勞后的低頻噪聲測(cè)試，所加偏置電壓與步驟二中的相同，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前后可對(duì)比性；六、計(jì)算疲勞后的低頻噪聲的分形維數(shù)d利用分形維數(shù)計(jì)算程序，計(jì)算出疲勞后樣品噪聲維數(shù)為d＝1.753；與步驟三計(jì)算所得分形維數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)隨著腐蝕疲勞的進(jìn)行，分形維數(shù)有減小的趨勢(shì)，這也反映出一開始微裂紋較多，裂紋整體粗糙度較大，分形維數(shù)值較高。當(dāng)腐蝕疲勞進(jìn)行一段時(shí)間之后，由于多數(shù)微小裂紋的擴(kuò)展、合體產(chǎn)生主裂紋,主裂紋迅速形成并擴(kuò)展，微小裂紋漸漸減少。裂紋粗糙度下降，分形維數(shù)值降低。因此，可以通過分形維數(shù)值的變化，對(duì)ct樣品疲勞裂紋擴(kuò)展程度進(jìn)行預(yù)見和表征。實(shí)施例三一種輸氣管道腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展趨勢(shì)的分形維數(shù)表征方法，其主要步驟如下：步驟1，切取管材并制成ct試樣，隨后進(jìn)行表面清洗和吹干。1)切取和制備ct試樣：按圖1所示切取弧形管材，然后將弧形管材制成ct試樣(如圖2所示)。2)預(yù)制疲勞裂紋:預(yù)裂載荷比0.1，最大載荷10kn。預(yù)制出的疲勞裂紋長(zhǎng)度約1.5-2mm。3)清洗：首先進(jìn)行試樣表面除銹工作，除銹液配方如下：配方重量百分比鹽酸(質(zhì)量濃度15％)55％六次甲基四胺10％水35％將樣品浸泡在除銹液中，保證ct樣件表面充分接觸到除銹液，持續(xù)時(shí)間為20-30分鐘；然后將樣品取出并用去離子水進(jìn)行沖洗大概2-3分鐘，去除表面附著的多余除銹液(注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行)；最后將樣品用夾具掛起，吹干；步驟2，測(cè)試疲勞前ct樣品的低頻噪聲將a,b兩根引線分別焊接在ct樣品的預(yù)制裂紋兩側(cè)，將a引線連接到偏置電路中并串聯(lián)一個(gè)100歐姆的滑線變阻器，然后調(diào)節(jié)滑線變阻器使電壓值為2.5v；b引線連接噪聲測(cè)試平臺(tái)上的前置低噪聲放大器。整個(gè)噪聲測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3所示；步驟3，計(jì)算疲勞前低頻噪聲的分形維數(shù)d按照?qǐng)D4所示流程，選取一組正方形邊長(zhǎng)數(shù)組r＝{r1,r2,...rn}，計(jì)算分形維數(shù)，其主要過程為：1)輸入噪聲圖，將噪聲圖形用邊長(zhǎng)為ri的方格子覆蓋、計(jì)算含有噪聲點(diǎn)的邊長(zhǎng)為ri的方形格子數(shù)n(ri)2)令i＝i+1，如果i小于數(shù)組長(zhǎng)度n，則重復(fù)過程1)的操作，得到新的一對(duì)ri與n(ri)值，3)令i＝i+1，如果i大于數(shù)組長(zhǎng)度n，則對(duì)數(shù)據(jù)ln(1/ri)和lnn(ri)進(jìn)行擬合，所得到斜率值即為分形維數(shù)值，實(shí)現(xiàn)分形維數(shù)計(jì)算，所用公式為：n(r)∝r-d(3)對(duì)數(shù)據(jù)ln(1/ri)和lnn(ri)進(jìn)行擬合，計(jì)算結(jié)果為d＝1.913；步驟4，對(duì)ct試樣進(jìn)行腐蝕疲勞試驗(yàn)將ct試樣從低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)中取出，在試樣的裂紋周圍采用特種防漏膠構(gòu)造封閉空間，用醫(yī)用注射器將h2s飽和水溶液注入封閉空腔。然后將樣品安置在mts810—250型液壓伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄試驗(yàn)過程中的載荷、位移和裂紋長(zhǎng)度等相關(guān)信息。所采用載荷比r＝pmin/pmax＝0.1，最大載荷pmax＝10kn，加載頻率5hz,加載波形為正弦波；記錄試驗(yàn)中每一裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度a與對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)n的數(shù)據(jù),即記錄下一系列(ai,ni)數(shù)據(jù)，當(dāng)裂紋擴(kuò)展至15mm時(shí)，停止疲勞試驗(yàn)；步驟5，測(cè)量腐蝕疲勞后的ct樣品裂紋的噪聲將ct試樣從疲勞機(jī)中取下后迅速用丙酮將試樣斷口清洗；隨后用去離子水沖洗丙酮?dú)埩粢捍蟾?-3分鐘，注意：去離子水沖洗時(shí)，樣品的表面要與水流方向平行；最后將樣品用夾具掛起，吹干；在低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)上對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕疲勞后的低頻噪聲測(cè)試，所加偏置電壓與步驟2中的相同，以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前后可對(duì)比性；步驟6，計(jì)算疲勞后的低頻噪聲的分形維數(shù)d利用分形維數(shù)計(jì)算程序，計(jì)算出疲勞后樣品噪聲維數(shù)為d＝1.702；與步驟三計(jì)算所得分形維數(shù)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)隨著腐蝕疲勞的進(jìn)行，分形維數(shù)有減小的趨勢(shì)。這也反映出一開始微裂紋較多，裂紋整體粗糙度較大，分形維數(shù)值較高。當(dāng)腐蝕疲勞進(jìn)行一段時(shí)間之后，由于多數(shù)微小裂紋的擴(kuò)展、合體產(chǎn)生主裂紋,主裂紋迅速形成并擴(kuò)展，微小裂紋漸漸減少。裂紋粗糙度下降，分形維數(shù)值降低。因此，可以通過分形維數(shù)值的變化，對(duì)ct樣品疲勞裂紋擴(kuò)展程度進(jìn)行預(yù)見和表征。當(dāng)前第1頁12