面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法

1.一种面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构建设备结构广义腐蚀损伤加速效应模型；构建广义腐蚀损伤加速效应模型来描述腐蚀对设备结构的失效率的影响，如下所示：其中，t为设备结构自上一次维修后的年龄；x t 为设备结构在t年龄下的广义腐蚀量；λ(t,x t )为设备结构在t年龄下考虑广义腐蚀损伤加速的失效率；λ 0 (t)为设备结构在t年龄下的基准失效率，用威布尔分布的失效率函数表示；exp(·)为自然指数函数；(α,β,t 0 ,ξ)均为模型参数，其中α,β分别为威布尔分布的形状参数和尺度参数，t 0 为设备结构失效的开始时间，ξ为腐蚀损伤加速因子；设备结构广义腐蚀损伤加速效应模型为：步骤二：对设备结构失效风险自适应评估预测已知设备结构在t年龄下考虑广义腐蚀损伤加速的失效率为λ(t,x t )，根据失效率和失效概率的关系得到，设备结构在t年龄下考虑广义腐蚀损伤加速的失效风险概率为：在进行设备结构失效风险概率计算前，首先要对等式(2)中的各模型参数进行估计，即对参数(α,β,t 0 ,ξ,k 1 ,k 2 )进行估计，然后将等式(2)作为被积变量代入等式(3)；步骤三：对设备结构损伤监测-防护分级控制策略优化；设置腐蚀量监测间隔τ和预防性维护间隔kτ以开展设备结构损伤监测-防护分级控制策略优化，提升腐蚀环境下结构的安全性和服役经济性；基于设备结构考虑广义腐蚀损伤加速的失效风险概率，以最小化结构设备的防护成本为目标，实现优化。 2.根据权利要求1所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：在步骤一中，广义腐蚀量x t 通过定期对设备结构开展损伤监测获得，腐蚀量x t 随时间的变化过程采用以下两种过程进行拟合：(1)幂律型过程， (2)威布尔型过程， 其中，x ∞ 表示设备结构在经受长期腐蚀后的腐蚀量极限，由设备结构的腐蚀试验数据直接获得；(k 1 ,k 2 )均为模型参数，对于幂律型过程而言k 1 ,k 2 分别为腐蚀速率和腐蚀指数，对于威布尔型过程而言k 1 ,k 2 分别为腐蚀形状参数和腐蚀尺度参数。 3.根据权利要求1所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：在步骤二中，估计参数(α,β,t 0 )基于设备结构非腐蚀环境下的失效数据，设设备结构分别在非腐蚀环境下的t 1 ,t 2 ,…,t m 年龄下发生了失效，则 其中，i为索引变量。 4.根据权利要求1或3所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：估计参数(k 1 ,k 2 )前明确设备结构的腐蚀过程，进行拟合的过程如下所示：(1)若设备结构腐蚀过程属于幂律型过程对等式 进行数学变换得到：lnxt＝lnk1+k2ln(t-t0)(6)其中，ln()为自然对数函数；令y＝lnx t ,x＝ln(t-t 0 ),a＝k 2 ,b＝lnk 1 ，将等式(6)转化为y＝ax+b，其中，(x t ,t)通过设备结构的定期腐蚀量监测获得，因此估计参数(k 1 ,k 2 )转化为估计参数(a,b)，采用一元线性回归的最小二乘法实现；(2)若设备结构腐蚀过程属于威布尔型过程对等式 进行数学变换得到：同理，令 x＝ln(t-t 0 ),a＝k 2 ,b＝-k 2 lnk 1 ，将等式(7)转化为y＝ax+b，其中，(x t ,t)通过设备结构的定期腐蚀量监测获得，因此估计参数(k 1 ,k 2 )转化为估计参数(a,b)，采用一元线性回归的最小二乘法实现。 5.根据权利要求4所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：在获得设备结构的定期腐蚀量监测数据(x t ,t)后，令x＝ln(t-t 0 )，y 1 ＝lnx t ， 计算(x,y 1 )和(x,y 2 )的相关系数，即：其中，Cov(x,y)为(x,y)的协方差，D(x),D(y)分别为x,y的方差。 6.根据权利要求5所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：根据相关系数r 1 ,r 2 与1的接近程度自适应判断设备结构的腐蚀过程类型：若r 1 更接近1，则设备结构腐蚀过程为幂律型过程；若r 2 更接近1，则设备结构腐蚀过程为威布尔型过程；判断设备结构的腐蚀过程类型后，通过一元线性回归的最小二乘法估计参数(a,b)即实现对参数(k 1 ,k 2 )的估计。 7.根据权利要求1所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：估计参数ξ需要基于设备结构腐蚀环境下的失效数据，设设备结构分别在腐蚀环境下的t 1 ,t 2 ,…,t n 年龄下发生了失效，则构建极大似然估计函数：代入参数(α,β,t 0 ,k 1 ,k 2 )的估计值，通过最大化lnL(ξ)得到参数ξ的估计值：得到所有参数(α,β,t 0 ,ξ,k 1 ,k 2 )的估计值 后，将其代入等式(3)和(2)实现设备结构失效风险概率的自适应评估和预测。 8.根据权利要求1所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：在步骤三中，建立设备结构的防护成本率模型为：其中，c d 为设备结构开展一次腐蚀量监测的成本；c c 为设备结构进行一次加装涂层的成本；c p 为设备结构进行一次预防性维修的成本；c r 为设备结构进行一次修复性更换的成本；P p (kτ)为设备结构在kτ年龄下不发生失效的概率；P r (kτ)为设备结构在kτ年龄下发生失效的概率。 9.根据权利要求8所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：计算设备结构在kτ年龄下不发生失效的概率P p (kτ)为：其中，Φ(·)为标准正态分布的累计函数，Φ(0)＝0.5，Φ(1)＝0.8413； 为标准正态分布的密度函数。 10.根据权利要求9所述的面向分级腐蚀控制的结构损伤监测-防护联合规划方法，其特征在于：在步骤一中，设备结构在kτ年龄下发生失效的概率P r (kτ)为：将等式(12)和(13)代入等式(11)，得到设备结构的防护成本率表达式C(k,τ)，通过最小化C(k,τ)得到最优的损伤监测间隔时间和预防性维护间隔时间，从而完成了损伤监测-防护分级控制策略优化。