本发明涉及管道寿命预测，尤其涉及一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法及系统。
背景技术：
1、氢气被确定为最有前景的能源载体，氢能运输是氢能利用过程中的重要环节，借助已有的天然气管网进行天然气和氢气掺混输送是当前经济高效的输氢方式。
2、然而，氢气可以分解成氢原子并进入管道。氢原子可以在管道的体心立方(bcc)结构的四面体间隙中扩散并导致氢脆(he)。此外，作为天然气管道中使用最多的钢材，x80钢的氢脆敏感性较高，氢脆可能导致管道在运行过程中产生微观裂纹，最终导致系统和设备失效。由于压缩机的启停、市场需求引起的输量调节以及外部环境的变化，输氢管道时刻承受交变载荷的影响，高压氢气与交变载荷的相互作用会加速管线钢的疲劳裂纹扩展，大大降低输氢管道的使用寿命。
3、目前，许多学者研究了氢的聚集对管线钢疲劳裂纹扩展的影响，然而研究中多采用电化学充氢这一实验方法，与实际掺氢管道中的氢原子来源、浓度以及吸附吸收过程都大不相同。此外，管道中的交变载荷使氢的扩散和聚集更加复杂，在氢气存在的情况下，氢压大小、管道承受的循环载荷的应力比以及频率都会对疲劳裂纹扩展产生影响。另外，对管线钢的寿命预测需要建立起疲劳裂纹扩展速率的量化模型，但目前氢气环境中的量化模型无法综合考虑循环载荷的应力比以及频率的影响，且没有将氢气压力作为一个影响因素纳入考虑范围，因此其预测结果无法准确反映氢气环境下材料的实际疲劳裂纹扩展行为。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出了一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法及系统，通过整合walker公式与联合因子模型，考虑氢压交变载荷，并考虑氢压变化，构建了更贴近实际的管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型，提高了管线钢在含氢环境下的疲劳裂纹扩展预测的适应性和准确性。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法，包括：
4、根据walker公式和联合因子模型，构建考虑氢气压力交变载荷影响的初始裂纹扩展速率预测模型；
5、引入氢压变化，将初始裂纹扩展速率预测模型优化为氢压适应性裂纹扩展速率预测模型；
6、给定氢气压力，求解氢压适应性裂纹扩展速率预测模型中的常数项，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型。
7、优选地，所述根据walker公式和联合因子模型，构建考虑氢气压力交变载荷影响的初始裂纹扩展速率预测模型，具体为：
8、
9、其中，为裂纹扩展速率，δk为应力强度因子幅值，kmax为最大应力强度因子,a'、b'、r为常数，f为频率，r为应力比。
10、优选地，所述引入氢压变化，将初始裂纹扩展速率预测模型优化为氢压适应性裂纹扩展速率预测模型，具体为：
11、
12、其中，为低氢压域裂纹扩展预测项，为高氢压域裂纹扩展加速预测项，ph和pth分别为氢气分压和氢压阈值；z表示载荷相关因子；b1、b2、b3为常数。
13、优选地，所述给定氢气压力，求解氢压适应性裂纹扩展速率预测模型中的常数项，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型；
14、获取初始裂纹扩展速率预测模型，基于给定氢气压力，采用多元线性回归算法得到r值；
15、采用氮气环境中的拟合结果作为低氢压域裂纹扩展预测项常数的取值；
16、将r值和低氢压域裂纹扩展预测项常数取值代入氢压适应性裂纹扩展速率预测模型，利用最小二乘法进行非线性曲面拟合，并采用改变初始值迭代算法，求解高氢压域裂纹扩展加速预测项常数值，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型。
17、第二方面，本发明提供一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建系统，包括：
18、初始模型构建模块，用于根据walker公式和联合因子模型，构建考虑氢气压力交变载荷影响的初始裂纹扩展速率预测模型；
19、模型优化模块，用于引入氢压变化，将初始裂纹扩展速率预测模型优化为氢压适应性裂纹扩展速率预测模型；
20、最终模型构建模块，用于给定氢气压力，求解氢压适应性裂纹扩展速率预测模型中的常数项，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型。
21、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法中的步骤。
22、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法中的步骤。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24、首先，通过融合walker公式与联合因子模型，对传统裂纹扩展理论模型创新性地纳入氢气压力交变载荷因素，从而综合考虑循环载荷的应力比以及频率的影响，构建了更为全面和精确的初始预测模型。同时，通过引入氢压变化的概念，对模型进行深度优化，使其能够灵活适应不同氢压环境下的裂纹扩展特性，形成了氢压适应性裂纹扩展速率预测模型。此外，在给定氢压下通过精确求解模型中的常数项，得到了一个高度可靠且适用性强的最终预测模型，提高了管线钢在含氢环境下的疲劳裂纹扩展预测的适应性和准确性，为管线钢的安全评估、设计优化及长期维护提供了强有力的技术支持和决策依据。
25、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法，其特征在于，所述根据walker公式和联合因子模型，构建考虑氢气压力交变载荷影响的初始裂纹扩展速率预测模型，具体为：
3.如权利要求1所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法，其特征在于，所述引入氢压变化，将初始裂纹扩展速率预测模型优化为氢压适应性裂纹扩展速率预测模型，具体为：
4.如权利要求3所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法，其特征在于，所述给定氢气压力，求解氢压适应性裂纹扩展速率预测模型中的常数项，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型；
5.一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建系统，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建系统，其特征在于，所述根据walker公式和联合因子模型，构建考虑氢气压力交变载荷影响的初始裂纹扩展速率预测模型，具体为：
7.如权利要求5所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建系统，其特征在于，所述引入氢压变化，将初始裂纹扩展速率预测模型优化为氢压适应性裂纹扩展速率预测模型，具体为：
8.如权利要求7所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建系统，其特征在于，所述给定氢气压力，求解氢压适应性裂纹扩展速率预测模型中的常数项，得到最终疲劳裂纹扩展速率预测模型；
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的一种管线钢疲劳裂纹扩展速率预测模型构建方法中的步骤。
