基于高温断裂力学的C型管模型表面蠕变裂纹扩展行为研究
发布时间：2024-03-04 18:14
随着能源短缺、环境恶化问题的日益突出,现代工业设备正朝着高温高压趋势发展,加大了金属结构的蠕变断裂失效风险,可能造成经济损失,甚至灾难性的后果。在运输、安装和服役过程中管道和焊缝外表面不可避免地会存在各种缺陷,目前主要通过标准紧凑拉伸试样测试得到材料的蠕变裂纹扩展速率,但此结果对于管道外表面浅裂纹的蠕变扩展判定过于保守,会导致在役管线不必要的检查、维修或更换,进而增加生产成本。为更好地研究高温承压管道外表面蠕变裂纹扩展行为,本文提出一种更贴近于管道实际工况的C型管试样模型,通过模拟验证、试验研究和理论分析等方法对提出的模型进行进一步研究。主要研究内容包括:(1)C型管模型模拟验证。采用基于有限元软件ABAQUS的逐步分析方法,从蠕变断裂参量C*积分、蠕变裂纹扩展行为和蠕变裂纹扩展时间增量三个方面对C型管轴向裂纹模型和C型管焊缝环向裂纹模型进行研究,并将结果与完整圆管模型相应数据进行对比分析,验证提出的C型管模型的可行性。(2)C型管焊缝试样试验研究。在模型验证成功的基础上,采用金相、硬度、XRD、SEM等分析手段研究了不同应力状态C型管焊缝试样在600℃和650℃条件下,材料的蠕变性能...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 高温蠕变机理
1.2.1 蠕变变形机理
1.2.2 蠕变断裂机理
1.3 国内外研究现状
1.3.1 多种蠕变断裂参量
1.3.2 参量C*的计算方法
1.3.3 蠕变裂纹扩展行为研究现状
1.4 有限元技术在蠕变裂纹扩展中的运用
1.4.1 节点释放技术
1.4.2 单元失效技术
1.4.3 自适应网格技术
1.5 研究意义、内容与技术路线
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容与技术路线
第二章 制样方法与试验方案
2.1 试验材料及制样方法
2.1.1 试验材料
2.1.2 制样方法
2.2 试验方案与试验设备
2.2.1 试验方案
2.2.2 试验设备
2.3 分析测试方法
2.4 有限元软件介绍
2.5 本章小结
第三章 C型管模型蠕变裂纹扩展行为模拟验证
3.1 引言
3.2 有限元模型建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 蠕变本构方程
3.2.3 模型建立
3.2.4 有限元网格无关性验证
3.3 模拟方法与应力分析
3.3.1 逐步分析方法介绍
3.3.2 模型应力分析
3.4 管道轴向裂纹蠕变扩展模拟验证
3.4.1 蠕变断裂参量C*积分值分析
3.4.2 蠕变裂纹扩展行为分析
3.4.3 蠕变裂纹扩展时间增量分析
3.5 焊缝环向裂纹蠕变扩展模拟验证
3.5.1 蠕变断裂参量C*积分值分析
3.5.2 蠕变裂纹扩展行为分析
3.5.3 蠕变裂纹扩展时间增量分析
3.6 本章小结
第四章 C型管试样焊缝蠕变裂纹试验研究
4.1 引言
4.2 C型管试样高温蠕变性能研究
4.2.1 高温氧化研究
4.2.2 母材性能研究
4.2.3 焊缝性能研究
4.3 C型管试样蠕变裂纹分析
4.3.1 预制裂纹形貌分析
4.3.2 蠕变裂纹扩展分析
4.4 本章小结
第五章 C型管模型蠕变裂纹扩展影响因素分析
5.1 引言
5.2 轴向裂纹蠕变扩展影响因素分析
5.2.1 裂纹长度
5.2.2 裂纹深度
5.2.3 加载应力
5.3 环向裂纹蠕变扩展影响因素分析
5.3.1 裂纹长度
5.3.2 裂纹深度
5.3.3 加载应力
5.4 轴向裂纹与环向裂纹影响因素对比分析
5.4.1 裂纹长度
5.4.2 裂纹深度
5.4.3 加载应力
5.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3919036
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 高温蠕变机理
1.2.1 蠕变变形机理
1.2.2 蠕变断裂机理
1.3 国内外研究现状
1.3.1 多种蠕变断裂参量
1.3.2 参量C*的计算方法
1.3.3 蠕变裂纹扩展行为研究现状
1.4 有限元技术在蠕变裂纹扩展中的运用
1.4.1 节点释放技术
1.4.2 单元失效技术
1.4.3 自适应网格技术
1.5 研究意义、内容与技术路线
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容与技术路线
第二章 制样方法与试验方案
2.1 试验材料及制样方法
2.1.1 试验材料
2.1.2 制样方法
2.2 试验方案与试验设备
2.2.1 试验方案
2.2.2 试验设备
2.3 分析测试方法
2.4 有限元软件介绍
2.5 本章小结
第三章 C型管模型蠕变裂纹扩展行为模拟验证
3.1 引言
3.2 有限元模型建立
3.2.1 基本假设
3.2.2 蠕变本构方程
3.2.3 模型建立
3.2.4 有限元网格无关性验证
3.3 模拟方法与应力分析
3.3.1 逐步分析方法介绍
3.3.2 模型应力分析
3.4 管道轴向裂纹蠕变扩展模拟验证
3.4.1 蠕变断裂参量C*积分值分析
3.4.2 蠕变裂纹扩展行为分析
3.4.3 蠕变裂纹扩展时间增量分析
3.5 焊缝环向裂纹蠕变扩展模拟验证
3.5.1 蠕变断裂参量C*积分值分析
3.5.2 蠕变裂纹扩展行为分析
3.5.3 蠕变裂纹扩展时间增量分析
3.6 本章小结
第四章 C型管试样焊缝蠕变裂纹试验研究
4.1 引言
4.2 C型管试样高温蠕变性能研究
4.2.1 高温氧化研究
4.2.2 母材性能研究
4.2.3 焊缝性能研究
4.3 C型管试样蠕变裂纹分析
4.3.1 预制裂纹形貌分析
4.3.2 蠕变裂纹扩展分析
4.4 本章小结
第五章 C型管模型蠕变裂纹扩展影响因素分析
5.1 引言
5.2 轴向裂纹蠕变扩展影响因素分析
5.2.1 裂纹长度
5.2.2 裂纹深度
5.2.3 加载应力
5.3 环向裂纹蠕变扩展影响因素分析
5.3.1 裂纹长度
5.3.2 裂纹深度
5.3.3 加载应力
5.4 轴向裂纹与环向裂纹影响因素对比分析
5.4.1 裂纹长度
5.4.2 裂纹深度
5.4.3 加载应力
5.5 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3919036
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