(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 202210638398.6 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 国家石油天然气管网集团有限公司 地址 100013 北京市朝阳区东土城路5号A 座6层08-10室 (72)发明人 郭磊　吴明畅　王磊磊　冯庆善　 戴联双　王多才　李洪烈　轩恒　 玄文博　刘勇　 (74)专利代理 机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 专利代理师 陈姝婧 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种用于预测纤维复合材料剩余寿命的方 法及装置 (57)摘要 本申请公开了一种用于预测纤维复合材料 剩余寿命的方法及装置， 应用于油气管道。 该方 法包括： 获取纤维 复合材料在温湿度调节控制环 境箱的多个时间数据； 获取与多个时间数据对应 的拉伸强度数据集； 根据多个时间数据以及拉伸 强度数据集确定剩余强度模型； 根据剩余强度模 型预测纤维复合材料的剩余寿命。 本申请能通过 根据油气管道实际服役环境的特点设置实验环 境， 并提取出影 响纤维复合材料剩余寿命的主要 环境因素， 从而简化实验条件， 在此基础上以短 期材料强度衰减为依据， 利用材料剩余强度实现 对油气管道的修复结构即纤维复合材料剩余寿 命的预测， 有利于解决现有技术存在试验周期 长、 实验环境 不符合管道实际服役环境的问题。 权利要求书1页 说明书11页 附图3页 CN 115099013 A 2022.09.23 CN 115099013 A 1.一种用于预测纤维复合材料剩余寿命的方法， 其特征在于， 应用于油气管道， 所述方 法包括： 获取纤维复合材 料在温湿度调节控制环境箱的多个时间数据； 获取与所述多个时间数据对应的拉伸强度数据集； 根据所述多个时间数据以及所述拉伸强度数据集确定剩余强度模型； 根据所述剩余强度模型 预测所述纤维复合材 料的剩余寿命。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 还 包括： 确定所述温湿度调节控制环境箱的设置参数。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述确定所述温湿度调节控制环境箱的设 置参数包括： 获取所述纤维复合材 料的管道服役环境的历史数据； 根据所述历史数据确定所述温湿度调节控制环境箱的温湿度与时间的关系； 根据所述温湿度与时间的关系得到所述设置参数。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述多个时间数据的个数不少于五个。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述多个时间数据的最小值为0， 最大值不 小于60。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述获取与 所述多个时间数据对应的拉伸 强度数据集包括： 获取所述多个时间数据中每 个时间数据对应的拉伸强度子数据集； 根据所述拉伸强度子数据集确定所述每 个时间数据对应的拉伸强度子数据； 根据所述拉伸强度子数据确定所述拉伸强度数据集。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述子数据集的子数据的个数不少于五 个。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述多个时间数据以及所述拉伸 强度数据集确定剩余强度模型包括： 将所述多个时间数据和所述拉伸强度数据集进行拟合， 以得到拟合结果； 根据所述拟合结果确定所述剩余强度模型。 9.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述剩余强度模型满足以下公式： S＝S0‑Aln(1+Bt) 其中， S为材料的剩余强度， S0为材料的初始强度， t为时间， A为所述纤维复合材料的老 化参数， B为所述纤维复合材 料的抗老化 参数。 10.一种用于预测纤维复合材 料剩余寿命的装置， 其特 征在于， 包括： 存储器， 被配置成存 储指令； 以及 处理器， 被配置成从所述存储器调用所述指令以及在执行所述指令时能够实现根据权 利要求1至9中任一项所述的用于预测纤维复合材 料剩余寿命的方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115099013 A 2一种用于预测纤维复合材料剩余寿命的方 法及装置 技术领域 [0001]本申请涉及油气管道修复技术领域， 具体地涉及 一种用于预测纤维复合材料的剩 余寿命的方法及装置 。 背景技术 [0002]纤维复合材料修复补强技术是利用增强纤维和基体树脂在管道外形成复合材料 补强层， 分担管道承受的载荷， 从而达到恢复管道正常承载能力的目的。 该技术具有施工安 全方便、 不停输、 不需要焊接作业、 良好的可设计性和耐腐蚀性等， 因而在国际上深受重视， 已广泛应用于钢质油气管道的结构修复补强。 由于复合材料对于不同的环境条件下具有一 定的环境敏感性， 使得纤维复合材料在不同环境下 的长期承载能力有很大差异， 影响油气 管道服役安全性。 因此， 亟需理论预测方法能够便捷地预测油气管道服役环境下纤维复合 材料修复结构的剩余寿命。 [0003]目前国内外已有部分聚合物基复合材料剩余寿命预测模型或方法。 阿伦尼乌斯模 型是以温度为加速应力的加速老化模型。 该模型 的使用条件要求较高， 为了保证最后试验 结果的精准性， 试验必须至少在3个不同温度下进行， 且选择的试验温度应符合有关规定。 另外， 所选的试样材料应对腐蚀介质敏感、 且有较强的表征特性， 性能测试也要符合有关规 定。 此外， PRCI及ASME PCC ‑2推荐采用长期性能加载试验 方法进行剩余寿命预测。 该方法按 照 ASTM D2992标准执行， 所需试验数量多、 试验周期长， 高达10000h以上。 该方法实验成本 和时间成本较大， 不 适合油气管道修复工程便捷应用。 [0004]基于应力松弛时间模型， Wiederhorn根据大量试验结果给出了材料在 应力和湿度 两种环境因素协同作用下腐蚀速率V的经验公式。 张东兴、 刘观政等人在此基础之上又结合 了玻璃态聚合物在应力作用之下应力与 松弛时间之 间的公式， 分离得出了以下纯湿度对复 合材料腐蚀剩余寿命影响的公式和纯温度对材料腐蚀剩余寿命的影响公式。 对以上公式进 行综合， 有学者给出了材料溶胀后体积的变化的应力松弛时间模型， 该公式结合了橡胶弹 性理论、 应力松弛理论和自由体积膨胀理论等基础理论、 Fick扩散定律和Arrhenius  规律、 Wiederhor n经验公式和腐蚀动力学方程式， 能较为系统全面的解释 湿度、 温度、 应力和水这 四个环境因素对聚合物及其复合材料的腐蚀作用。 但是由于该模型只是对湿度、 温度、 应力 和溶胀等环境因素对老化剩余寿命影响的单一叠加， 并不具有油气管道服役环境条件的针 对性， 且没有考虑这些环境因素之间的协同作用， 所以该模型仍具有一定的局限性。 [0005]俄罗斯古尼耶夫等人假设暴露在环境中的热固性复合材料其正面影响与负面影 响均是相互独立的， 由此建立了剩余强度模型。 张颖军、 朱锡等人对该模型进行了修正， 提 出了与老化因素相关的聚合物基复合材料老化剩余强度估算 公式， 但该公式是建立在老化 过程中各 因素对材料性能的影响是相互独立的假设条件下， 未考虑各环境因素间的相互作 用。 [0006]由上可知， 现有技术所公开的预测方法一方面对于实行方法的条件要求过高， 且 需要的试验时间过长、 实验量过大； 另一方面并未考虑到油气管道的实际服役环境， 或者考说　明　书 1/11 页 3 CN 115099013 A 3