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焊接管道“先漏后断”评定裂纹张开面积研究

段鸯钟  
【摘要】: 随着我国工业技术和国民经济的发展,压力容器与管道被越来越多的运用到能源运输、石油化工等领域,在工业生产中扮演着极其重要的角色,对其强度、寿命和安全可靠性进行评定以保证管道安全可靠的使用也具有重要的现实意义。考虑到压力容器和管道在断裂前会产生稳定泄漏的特点,目前国外最新标准采用了“先漏后断”的观点对其进行安全评定。本文主要对“先漏后断”安全评定中裂纹张开面积进行了探讨研究,为安全评定提供关键依据。 通过力学性能试验,确定了X56钢焊接接头的工程应力-应变及真应力-应变曲线,并根据英国BS7448试验标准,对其焊接接头进行断裂参量的测试,得到X56钢焊缝和HAZ的COD特征值。同时通过疲劳试验确定了母材、焊缝及热影响区的Paris表达式,并得到疲劳裂纹门槛值。 针对管道结构,应用美国国家宇航局资助开发的疲劳裂纹扩展分析软件-NASGRO,对表面裂纹在循环载荷下的疲劳扩展情况进行了研究,得到不同初始形状的表面裂纹在拉伸、弯曲载荷作用下扩展、穿透和形状演化的基本规律;并给出了表面裂纹穿透瞬间尺寸的确定方法以及得到穿透裂纹临界尺寸保守值的计算方法。 根据SINTAP标准中的线弹性断裂参量-应力强度因子K的计算方法推导出裂纹张开面积的计算公式,同时与其他方法进行比较,得到精确度较高的计算方法;依据弹塑性断裂力学理论,对SINTAP标准中考虑裂纹尖端塑性变形的裂纹张开面积表达式与其他弹塑性模型进行了对比,分析各种方法的适用性和局限性。


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