缺陷尺寸模糊表征方法

　　1　引言

　　无损检测中存在这样一种现象,当不同人员对同一缺陷进行检测时,得到的缺陷尺寸大小存在较大的差异,而且即使检测仪器校准后,对同一缺陷进行多次重复的独立检测,其平均检测尺寸与缺陷的真实尺寸也不相等。这就是说,此种检测误差不仅仅是随机测量误差(随机测量误差的一个显著特点是,在测量仪器校准后,对同一物体进行多次重复的独立测量,其平均测量值与物体的真实尺寸一致),而是存在一种“系统误差”。因为宏观上完全相同的两个试块或工件,在其缺陷附近的微观结构、微观组织、疏密度甚至成份等都不可能完全相同,这就导致无损探伤仪器发出的射线或超声波等的穿透和反射情况不一样,加上缺陷的大小、位置、形状、取向等的千差万别,就造成了无损检测的这种“系统误差”。而且这种“系统误差”还无法通过对仪器进行校准的方法来完全消除,因为常常对这一试块校准了,对另一同样的试块又不适合了[1～4]。即该“系统误差”不仅与检测仪器有关,而且与被检测的对象有关。

　　此外,这种“系统误差”也无法通过提高无损检测仪器的灵敏度来得到完全消除。尽管近几年来无损探伤技术有了很大发展,但是一个最小能检测到零点几毫米,甚至几个微米缺陷的无损探伤设备,在实际问题中常常对几个毫米、十几个毫米的缺陷检测的误差也很大,有时还将缺陷尺寸测成“0”毫米,即造成漏检。这种检测结果的不确定性还受材料、工件形状和尺寸、探伤设备、检测环境、检测人员的技术水平和心理状态等诸多因素的影响。因而严重制约了断裂力学和损伤容限设计在工程中的有效应用,造成了许多不应有的安全事故[1～6]。1998年德国发生的高速列车出轨事故和我国一台大型进口锅炉炉膛爆炸(停止发电6个月,造成巨大损失),都是因为经无损检测将超标缺陷判定为合格所致。

　　其实,这种分散性是由一种被称为无损检测的模糊不确定性引起的。文献[2]首次成功地给出了指定检测尺寸下的缺陷真实尺寸分布规律,提出了计算其隶属度的方法,建立了无损检测模糊理论。在此基础上,本文进一步提出了缺陷尺寸的模糊表征方法,给出了无损检测中“系统误差”的表达式,并将不同人员对同一缺陷进行检测时得到的各不相同的缺陷检测尺寸进行有机的数据融合,给出更接近于真值的缺陷尺寸,从而可以对结构材料中缺陷的尺寸进行高精度的评定。

　　2　缺陷真实尺寸与其检测尺寸之间的关系式

　　文献[2]通过对大量无损检测数据的分析,发现缺陷尺寸a与其检测尺寸之间存在如下关系式

　　式中φ(·)为已知的实函数;λi(i=0,1,2,…,m)和σ2均为待定参数,它们可由回归分析方法确定。这里缺陷尺寸是广义的,可以是缺陷的长度、宽度、高度、面积、体积以及它们的组合(当量尺寸)。式(1)的物理意义是对应于检测尺寸a∧,缺陷尺寸的函数φ(a)遵循均值为和方差为σ2的正态分布,即