【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于应力测量方法，具体涉及针对接触式测量应力及应变计算方法。
技术介绍
1、目前，应力监测技术主要分为接触式和非接触式两种。在接触式应力监测方面，又分为根据应变效应测量和压阻效应测量两种，主要包括丝绕式应变片、短接式应变片、箔式应变片、半导体应变片等，接触式作为常规的测量方法，因其体积小、安装方便，成本低、环境适应好等特点，在管道应变测量中应用较广。
2、但是现有接触式应力监测技术主要是监测接触面的应力变化，针对有表面涂层的碳钢基体，采用常规的接触式应力监测技术，监测出的应力变化主要是表面涂层，而无法真实反映出涂层内部的碳钢基体产生的应力变化，因此亟需一种能够准确测量带有涂层的碳钢基体应力变化的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供针对接触式测量应力及应变计算方法，解决了现有技术中因存在涂层而无法监测出碳钢基体真实应力变化的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，针对接触式测量应力及应变计算方法，具体按以下步骤实施：
3、步骤1、根据场量平均理论定义平均轴应力
4、步骤2、分析碳钢基体受到的应力及应变，根据平均应力与平均应变的关系，计算出碳钢基体中的平均应力与平均应变的关系；
5、步骤3、分析涂层受到的应力及应变，根据平均应力与平均应变的关系，计算出涂层中的平均应力与平均应变的关系；
6、步骤4、定义等效本征应变ε*，得到涂层与碳钢基体的热应变差值与等效本征应变的关系；
7、步
8、本专利技术的特点还在于：
9、步骤1中平均轴应力根据下式计算：
10、
11、式中，v是碳钢基体的等效体积比例；1-v是涂层的等效体积比例；σs为碳钢基体所受到的轴向应力；σc为涂层所受到的轴向应力。
12、步骤2具体按照以下步骤实施：
13、步骤2.1、碳钢基体受到的应力及应变确定碳钢基体受到的应力分别来源于外加载荷导致的碳钢基体受到的轴向平均应力和碳钢基体受到涂层作用的应力
14、步骤2.2、碳钢基体的应变分别为外加载荷导致碳钢基体发生的轴向应变εs、涂层对碳钢基体作用导致的碳钢基体应变以及碳钢基体在高温下产生的应变εt；
15、步骤2.3、当热应变为0，则涂层和钢基体发生应变均为ε0，其中外加载荷导致碳钢基体发生的轴向应变εs、涂层对碳钢基体作用导致的基体应变之和即为ε0，计算出碳钢基体中的平均应力与平均应变的关系：
16、
17、式(2)中：ls是碳钢基体的弹性模量。
18、步骤3具体按照以下步骤实施：
19、步骤3.1、涂层受到的应力分别来源于外加载荷导致的涂层受到的轴向平均应力和涂层受到碳钢基体作用的应力；
20、步骤3.2、涂层应变分别为外加载荷导致涂层发生的轴向应变εc、碳钢基体对涂层作用导致的涂层应变ε′、涂层在高温下产生的应变与基体在高温下产生的应变差值ε′t；
21、步骤3.3、涂层中的平均应力与平均应变的关系为：
22、
23、式中，lc是涂层的弹性模量；
24、公式(2)和(3)中的εt和ε′t分别与涂层和碳钢基体的热膨胀系数αc和αs呈线性关系：
25、εt＝kαcε′t＝kαs (4)。
26、步骤4具体为：定义等效本征应变ε*，使下式(5)左右相等：
27、
28、得到涂层与碳钢基体的热应变差值与等效本征应变的关系ε′t＝sε*，其中s为等效本征张量。
29、步骤5中的涂层对基体的热应力差值σ′t、碳钢基体的热应变εt以及热应力σt分别如下式：
30、σ′t＝lc(ε′t-ε*)＝lc(s-i)ε* (6)
31、σt＝-vσ′t＝-vl0(s-i)ε* (7)
32、εt＝-v(s-i)ε* (8)
33、式中：i是与s同阶的单位矩阵。
34、结合公式(6)-(8)计算等效本征应变ε*与轴向载荷作用下产生的应变ε0的关系，即可得到：
35、ε0＝-v(s-i)(ε*-εt) (9)
36、将公式(7)与公式(5)联立，可得：
37、ε*＝{ls+(lc-ls)[vi+(1-v)s]}-1(ls-lc)ε0 (10)
38、将公式(10)与公式(2)、(3)联立，可得：
39、
40、式(11)即为计算碳钢基体产生的应变，通过σs＝lsεs即可计算出碳钢基体受到的应力。
41、本专利技术的有益效果是：
42、本专利技术的针对接触式测量应力及应变计算方法，无需改变原有的测量方式，仅仅是在计算模块中嵌入算法，简单快速；结合远程传输技术，可实现实时在线、数据远传功能；在现场生产过程中，通过实时监测碳钢管道的真实应变反映其变形情况，对管道的运行安全起到重要的保障作用，解决了常规应力监测技术因存在涂层而无法监测出碳钢基体真实应力变化的问题。
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1.针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤1中平均轴应力根据下式计算：
3.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤4具体为：定义等效本征应变ε*，使下式(5)左右相等：
6.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤5中的涂层对基体的热应力差值σ′T、碳钢基体的热应变εT以及热应力σT分别如下式：
7.根据权利要求6所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，结合公式(6)-(8)计算等效本征应变ε*与轴向载荷作用下产生的应变ε0的关系,即可得到：
【技术特征摘要】
1.针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤1中平均轴应力根据下式计算：
3.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：
4.根据权利要求1所述的针对接触式测量应力及应变计算方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄天虎，赖海涛，田发国，李永长，陆梅，刘天宇，王惠，张春涛，张彬，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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