(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210790394.X (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 合肥通用机 械研究院有限公司 地址 230031 安徽省合肥市蜀山区长江西 路888号 申请人 合肥通用机 械研究院特种设备检验 站有限公司 (72)发明人 吴锴　范志超　周煜　陈炜　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 柯凯敏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01N 3/08(2006.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 环焊接头焊缝金属全应力应变测试方法、 设 备及存储介质 (57)摘要 本发明涉及油气管道传输技术领域， 具体涉 及一种环焊接头焊缝金属全应力应变测试方法、 设备及存储介质。 本发明的方法包括以下步骤： 获得含缺口圆棒在拉伸载荷作用下的载荷 ‑位移 曲线； 建立含缺口跨焊缝拉伸试样的有限元模 型； 输入塑性应变， 并假设该塑性应变对应的初 始应力值， 得到该材料特性参数条件 下含缺口圆 棒的载荷 ‑位移曲线； 继续定义塑性应变， 并确定 对应的应力； 如此循环， 直到能够反演出试样断 裂之前的载荷 ‑位移曲线关系； 采用全应变与塑 性应变的力学转换关系， 得到能够描述焊缝金属 沿管道轴向全应力应变的数据。 本发 明具备操作 简洁、 精度高且适用范围广的优点， 可快速获得 管道真实安全状态， 有利于 保障油气管道的运行 安全性。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115270548 A 2022.11.01 CN 115270548 A 1.一种环焊接 头焊缝金属全应力应 变测试方法， 其特 征在于包括以下步骤： S1、 开展含缺口圆棒试样的拉伸试验， 并获得含缺口圆棒在 拉伸载荷作用下的载荷 ‑位 移曲线， 标定焊缝 金属的弹性模量E， 确定焊缝 金属材料的弹性极限σ(0)； S2、 根据含缺口圆棒试样的尺寸， 建立含缺口跨焊缝拉伸试样的有限元模型； S3、 输入塑性应变εp(1)＝TH， 其中TH为设定的百分比增量； 并假设该塑性应变εp(1)对应 的初始应力值σ(1)＝σ(0)+D， 其中D为设定的数值增量， 单位为MPa； 采用有限元计算得到该材 料特性参数条件下含缺口圆棒的载荷 ‑位移曲线； S4、 定义塑性应变σ(2)＝σ(1)+TH， 并重新进入步骤S3以确定εp(2)对应的应力σ(2)； 如此循 环， 直到 εp(i)能够反演出 试样断裂之前的载荷 ‑位移曲线关系； S5、 在获得一系列焊缝金属塑性应变εp(i)对应的应力 值σ(i)基础上， 采用全应变与塑性 应变的力学转换关系， 即ε(i)＝εp(i)+σ(i)/E计算应力值σ(i)对应的全应变 ε(i)， 从而得到了能 够描述焊缝 金属沿管道轴向全应力应 变的数据， 包括E、 ε(i)、 σ(i)。 2.根据权利要求1所述的一种环焊接头焊缝金属全应力 应变测试方法， 其特征在于： 所 述步骤S1中， 开展含缺口圆棒试样的拉伸试验后， 采用外加引伸计测量方法获得含缺口圆 棒在拉伸载荷作用下的载荷 ‑位移曲线， 根据国家标准GB/T228.1标定焊缝金属的弹性模量 E， 确定焊缝 金属材料的弹性极限σ(0)。 3.根据权利要求2所述的一种环焊接头焊缝金属全应力 应变测试方法， 其特征在于： 所 述步骤S2中， 建立含缺口跨焊缝拉伸试样的有限元模型时， 材料特性包括弹性参数与塑性 参数， 其中弹性 参数包括弹性模量E， 塑性 参数包括塑性应 变与应力。 4.根据权利要求3所述的一种环焊接头焊缝金属全应力 应变测试方法， 其特征在于： 所 述步骤S2中， 对焊缝金属以外的区域设置纯弹性， 其参数参考焊缝金属标定结果， 不考虑其 塑性特性； 对焊缝金属部 分输入泊松比和步骤S1标定的弹性模量E， 在焊缝金属材料的塑性 部分输入步骤S1标定的弹性极限及其对应的初始塑性应 变0。 5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种环焊接头焊缝金属全应力应变测试方法， 其特 征在于： 所述S 3中， 采用有限元计算得到该材料特性参数条件下含缺口圆棒的载荷 ‑位移曲 线时， 其中位移采取试验过程中相同引伸计位置对应的节点位移作为结果， 并在有限元结 果标定出试样焊缝位置塑性应变达到εp(1)的时刻， 同时标定出该时刻对应的位移U(1)与载 荷P(1)FEM； 随后， 标定试验结果中相同位移U(1)条件下的载荷P(1)exp， 并比较P(1)exp与P(1)FEM大 小的差异， 如果二者的相对误差超过设定误差值， 则调整优化σ(1)的取值， 并将新的σ(1)重新 代入到有限元模型中再次计算含缺口圆棒的载荷 ‑位移响应曲线， 直到P(1)exp与P(1)FEM两者 的相对误差小于设定误差值。 6.根据权利要求5所述的一种环焊接头焊缝金属全应力 应变测试方法， 其特征在于： 所 述设定误差值 为5％。 7.根据权利要求5所述的一种环焊接头焊缝金属全应力 应变测试方法， 其特征在于： 所 述步骤S3中， TH为5％， D为1MPa。 8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种环焊接头焊缝金属全应力应变测试方法， 其特 征在于： 所述步骤S1中， 在开展含缺口圆棒试样的拉伸试验之前， 先从管道环焊缝上切割圆 棒形式的跨焊缝拉伸试样， 并在试样的焊缝金属 位置预制缺口， 并确保整个缺口位于焊缝 金属内部 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270548 A 29.一种设备， 其特征在于， 包括处理器、 输入设备、 输出设备和存储器， 所述处理器、 输 入设备、 输出设备和存储器依次连接， 所述存储器用于存储计算机程序， 所述计算机程序包 括程序指 令， 所述处理器被配置用于调用所述程序指 令， 执行如权利要求 1‑4任一项所述的 方法。 10.一种存储介质， 其特征在于， 所述存储介质存储有计算机程序， 所述计算机程序包 括程序指令， 所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1 ‑4任一项所 述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270548 A 3