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石油学报 2023年第2期44卷 385-393页

作者：张宏吴锴冯庆善隋永莉刘啸奔杨悦杨叠戴联双王东营王冲中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程研究中心/石油工程教育部重点实验室/北京城市油气输送技术重点实验室北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司北京100013 中国石油天然气管道科学研究院有限公司油气管道输送安全国家工程研究中心河北廊坊065000 国家管网集团北京管道有限公司北京100101

基于细观损伤力学理论,采用数值仿真方法建立了单边缺口拉伸与单边缺口弯曲的环焊缝裂纹扩展阻力数值仿真计算模型,针对低强、等强以及高强3种焊缝强度匹配条件,分别计算了面内、面外耦合拘束条件下以裂纹尖端张开位移为表征的环焊缝断... 详细信息

基于细观损伤力学理论,采用数值仿真方法建立了单边缺口拉伸与单边缺口弯曲的环焊缝裂纹扩展阻力数值仿真计算模型,针对低强、等强以及高强3种焊缝强度匹配条件,分别计算了面内、面外耦合拘束条件下以裂纹尖端张开位移为表征的环焊缝断裂韧性,比较了不同裂尖拘束参数描述断裂韧性与拘束关联的合理性。结果表明,采用应力三轴度所建立的拘束—断裂韧性关联性较差,而采用裂尖等效塑性区面积作为拘束参数能够较好描述面内、面外拘束对材料断裂韧性的影响。因此,建立了以裂尖等效塑性应变等值线围成区域面积作为拘束参数,用以表征面内、面外拘束与环焊缝断裂韧性的统一关联;进一步采用宽板拉伸试验结果与全尺寸管道环焊缝的有限元计算结果验证了建立的拘束—韧性关联的稳健性。

关键词：高钢级环焊缝裂纹尖端张开位移裂尖拘束数值仿真

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高温结构蠕变裂尖拘束效应

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力学进展 2017年第1期47卷 122-149页

作者：王国珍轩福贞涂善东华东理工大学机械与动力工程学院承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

如何对蠕变裂纹扩展寿命进行准确预测和评价是高温结构完整性评定、寿命设计和运行维护中需要解决的核心问题.基于宏观单参数C~*的蠕变断裂行为的评价方法,未有效纳入裂尖拘束效应的影响,因而其评价结果过于保守或非保守.目前国内外还... 详细信息

如何对蠕变裂纹扩展寿命进行准确预测和评价是高温结构完整性评定、寿命设计和运行维护中需要解决的核心问题.基于宏观单参数C~*的蠕变断裂行为的评价方法,未有效纳入裂尖拘束效应的影响,因而其评价结果过于保守或非保守.目前国内外还未建立起有效纳入裂尖拘束效应的高温结构蠕变寿命评价的理论体系和技术方法,还没有纳入蠕变拘束效应的高温结构完整性评定规范.本文综述了作者近年来在高温蠕变断裂拘束效应方面的研究工作.主要包括:裂尖拘束对材料蠕变裂纹扩展行为的影响及机理;蠕变裂尖场和拘束参数R的定义和影响因素;载荷无关的蠕变拘束参数R~*的提出及其应用基础;承压管道表面裂纹的拘束参数R~*解及纳入裂尖拘束的蠕变寿命评价方法;试样与管道轴向裂纹蠕变裂尖拘束的关联;基于裂尖等效蠕变应变的面内与面外蠕变裂尖拘束的统一表征参数A_c的研究;材料拘束相关的蠕变裂纹扩展速率的建立;宽范围C~*区蠕变裂纹扩展速率及其拘束效应的数值预测;材料拘束对焊接接头蠕变裂纹扩展行为的影响及机理等.这些研究为建立纳入裂尖拘束效应的高温部件的蠕变裂纹扩展寿命评价方法奠定了理论和技术基础.论文对后续拟开展的工作也进行了展望.

关键词：蠕变裂尖拘束裂纹扩展寿命评价试样

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管道半椭圆表面裂纹的蠕变裂尖拘束研究

管道半椭圆表面裂纹的蠕变裂尖拘束研究

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作者：王阳杰华东理工大学

学位级别：硕士

在高温结构完整性评定中一般使用深裂纹高拘束的CT试样测量的蠕变裂纹扩展速率(CCG)数据,评价管道低拘束表面裂纹的蠕变寿命,这种评价一般会得到过于保守的评价结果。为减少过大的保守性以提高寿命评价的准确性,需要纳入裂尖拘束效应。... 详细信息

在高温结构完整性评定中一般使用深裂纹高拘束的CT试样测量的蠕变裂纹扩展速率(CCG)数据,评价管道低拘束表面裂纹的蠕变寿命,这种评价一般会得到过于保守的评价结果。为减少过大的保守性以提高寿命评价的准确性,需要纳入裂尖拘束效应。为此,需要对管道半椭圆表面裂纹的蠕变裂尖拘束进行表征和研究,而目前这方面的研究还十分有限。本文以高温管道中半椭圆表面裂纹的蠕变裂尖拘束为研究对象,用三维(3D)有限元数值计算研究了裂纹几何尺寸、载荷水平、加载方式、裂纹位向及蠕变时间等对管道3D半椭圆表面裂纹前沿蠕变裂尖拘束分布的影响规律。得到了以下主要结果：(1)蠕变裂尖拘束随裂纹深度和长度的增加而增大。拘束参数R和R*在椭圆形裂纹前沿的分布形态与裂纹的深度与长度的比值(a/c)有关。当裂纹前沿外形接近于圆形(a/c接近1)时,最大拘束出现在裂纹表面点附近;当裂纹前沿外形狭长(a/c值较小)时,最大拘束R*出现在裂纹最深处。(2)裂纹前沿拘束参数R和R*在蠕变初期(t/tred拘束参数可以近似描述整个蠕变过程的裂尖拘束。(3)与拉伸加载相比,管道弯曲加载方式使蠕变裂尖拘束增大。拘束参数R*与管道内压和弯矩载荷的大小无关,进一步证明了管道3D裂纹拘束R*是载荷无关的。管道环向和轴向裂纹的R*在半椭圆形裂纹前沿的分布规律基本相同,并受裂纹深长比a/c的影响。(4)基于C*-R*双参数断裂力学的蠕变裂纹扩展模拟表明：裂纹前沿在扩展过程中并不能保持标准的初始半椭圆形,在裂纹前沿Φ=30°左右的区域拘束R*和C*最大,裂纹扩展速率最快。在蠕变裂纹扩展过程中拘束参数R*、C*及蠕变裂纹扩展速率da/dt不断地增大。管道裂纹前沿的蠕变裂纹扩展速率低于平面应变CT试样。如果以高拘束的平面应变CT试样的CCG数据来预测管道裂纹的蠕变寿命,将得到过于保守的评定结果。

关键词：蠕变裂尖拘束管道蠕变裂纹扩展 C~*-R~*双参数

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试样几何引起的蠕变拘束效应及其定量化表征

试样几何引起的蠕变拘束效应及其定量化表征

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作者：孙朋娟华东理工大学

学位级别：硕士

本文运用有限元方法(FEM)系统研究了高温蠕变条件下CT试样几何引起的裂纹尖端的拘束效应。以FEM计算的高拘束CT试样(a/W=0.5)的应力场为参考场定义了蠕变拘束参数R,用R对蠕变裂尖拘束效应进行了定量化的表征与分析研究,总结出了试样几何... 详细信息

本文运用有限元方法(FEM)系统研究了高温蠕变条件下CT试样几何引起的裂纹尖端的拘束效应。以FEM计算的高拘束CT试样(a/W=0.5)的应力场为参考场定义了蠕变拘束参数R,用R对蠕变裂尖拘束效应进行了定量化的表征与分析研究,总结出了试样几何,载荷水平和蠕变时间对蠕变拘束效应的影响规律。论文的主要研究结果如下： (1)CT试样几何(包括不同裂纹深度、试样厚度和试样高度)引起的蠕变拘束效应可以用蠕变拘束参数R来表征和分析。外加载荷水平越高,试样几何引起的蠕变拘束效应越明显。在蠕变的早期阶段,几何引起的蠕变裂尖拘束随蠕变时间变化较大,随着时间越趋近于稳态蠕变阶段,拘束逐渐趋于平稳,基本不随时间发生变化。 (2)试样厚度和高度一定时,裂纹深度a/W=0.35-0.5的CT试样具有最大的蠕变拘束,非稳态蠕变时裂纹深度引起的拘束效应比稳态蠕变时明显。对于高度W较大的大尺寸试样,由于裂纹深度不同而引起的蠕变裂尖应力场之间的差异不大,这时可以忽略由于裂纹深度不同而引起的裂纹尖端拘束效应。裂纹尖端的拘束也随试样厚度的增加而增大。三维试样的拘束介于平面应变和平面应力两种极限情况之间。在三维试样的中心面处存在着高拘束区域,该区域的尺寸随试样厚度的增加而增大,却随蠕变时间和载荷水平而逐渐减小。 (3)用含损伤模型的FEM方法研究了CT试样裂尖拘束对蠕变裂纹起裂时间和蠕变断裂韧性的影响。发现蠕变裂纹起裂时间具有随拘束水平的增加而降低的趋势。拘束R对蠕变脆性材料的蠕变断裂韧性值Kmatc基本没有影响;而蠕变延性材料的Kmatc随拘束参数R的增加而降低。 (4)用含孔洞的FE模型研究了蠕变断裂过程区的尺寸对裂纹深度引起的裂尖拘束效应的影响。结果表明,高拘束的深裂纹试样的损伤大于低拘束浅裂纹试样。若试样的蠕变裂纹起裂发生在稳态蠕变之后,则蠕变断裂过程区尺寸越小,裂纹深度引起的拘束效应越明显。上述结果为建立拘束相关的高温含缺陷结构的寿命预测和安全评定方法奠定基础。

关键词：蠕变裂尖拘束试样几何裂纹深度应力场蠕变损伤

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试样厚度对韧脆转变温度区间的影响

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焊接学报 2018年第5期39卷 1-4页

作者：邓彩艳宋蒙蒙龚宝明王东坡天津大学材料科学与工程学院天津300072

根据BSI 7448 Part Ⅰ标准,测定了海洋平台用钢E36以裂纹尖端张开位移(CTOD)为表征的韧脆转变温度曲线.通过改变试样厚度,研究面外拘束对韧脆转变温度区间的影响并分析了其变化规律.结果表明,E36钢具有典型的韧脆转变特征,其韧脆转变温... 详细信息

根据BSI 7448 Part Ⅰ标准,测定了海洋平台用钢E36以裂纹尖端张开位移(CTOD)为表征的韧脆转变温度曲线.通过改变试样厚度,研究面外拘束对韧脆转变温度区间的影响并分析了其变化规律.结果表明,E36钢具有典型的韧脆转变特征,其韧脆转变温度曲线可以用Boltzmann函数进行拟合,具有良好的相关性;试样厚度越大,韧脆转变温度越高,断裂性能下降.通过有限元模拟分析三维裂纹尖端应力状态,选择了面外拘束参数T_z,用来阐述厚度效应对韧脆转变温度的影响,具有良好的相关性.

关键词：断裂韧性试样厚度韧脆转变温度裂尖拘束

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