基于应变设计管线的环焊缝断裂韧性研究

发布时间：2017-05-27 00:13

  本文关键词：基于应变设计管线的环焊缝断裂韧性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于应变设计要求管线在大的纵向塑性变形情况下仍能保持服役完整性。在整个管线中,环焊缝是组织结构和性能最薄弱的位置,在管线承受塑性变形时容易首先失效。所以,往往用环焊缝的拉伸应变容量代表管线的拉伸应变容量。通过评定环焊缝的延性断裂行为可以量化管线的拉伸应变容量,确保管道安全运行。本文以基于应变设计X70管线环焊缝为研究对象,通过使用有限元技术对单边缺口拉伸(SENT)试样和单边缺口弯曲(SENB)试样的应力应变状态进行了模拟分析,并分别采用多试样法和单试样卸载柔度法,通过SENT实验对基于应变设计管线环焊缝的断裂韧性进行了研究。有限元分析结果表明与SENT试样相比,SENBi式样裂纹尖端的约束度较高SENT试样的裂纹尖端约束随着裂纹深度比的增加而变大；裂纹深度比对SENT试样塑性区及裂纹尖端约束的影响随着裂纹深度比的减小,尤其是在ao/W=0.2～0.35的范围内,不断下降。相对于宽厚比B/W=0.5的试样,B=W的试样裂纹前沿较直。试验结果表明,在试样两侧加入边槽,可以使得裂纹扩展前沿变得比较平坦,从而有利于对试样裂纹扩展量的精确测量。对于单边缺口拉伸试验中的热影响区试样,通过断后试样截面进行裂尖有效性验证非常重要。多试样法单边缺口拉伸试验可测得基于应变设计X70管线环焊缝的断裂韧性阻力曲线为δ=1.39578(△a)0.78335(焊缝金属)；δ=1.55338(△a)0.82175(热影响区)；单试样卸载柔度法单边缺口拉伸试验可测得基于应变设计X70管线环焊缝的断裂韧性阻力曲线为δ=1.3485(△a)0.64334(焊缝金属)；δ=1.60042(△a)0.70999(热影响区)。多试样法试验试验过程及数据处理相对简单,但所获得断裂韧性阻力曲线上的点较少,且存在材料不一致所产生的试验偏差。单试样卸载柔度法的试验过程及数据处理过程相对复杂,但所需试验材料少且没有材料不均匀带来的影响,得到的断裂韧性阻力曲线更为精确。
【关键词】：基于应变设计 环焊缝 断裂韧性 单边缺口拉伸试验 有限元分析
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG405;TG115.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-22
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 管线的基于应变设计及对材料性能的要求9-13
• 1.2.1 管线基于应变设计概述9-11
• 1.2.2 基于应变设计管线对材料的性能要求11-12
• 1.2.3 基于应变设计要求管线钢的组织特征12-13
• 1.3 管线钢断裂韧性参数13-17
• 1.3.1 断裂韧性概述13-14
• 1.3.2 线弹性断裂力学基本参量14-15
• 1.3.3 弹塑性断裂力学：J积分法15-16
• 1.3.4 裂纹尖端张开位移（CTOD）16-17
• 1.4 管线钢及环焊缝断裂韧性测试技术17-21
• 1.4.1 SENB和CT试验法17-18
• 1.4.2 全尺寸拉伸（FST）试验18-19
• 1.4.3 宽板拉伸（CWP）试验19-20
• 1.4.4 单边缺口拉伸（SENT）试验20-21
• 1.5 主要研究内容和方法21-22
• 第二章 基于有限元分析对单边缺口拉伸试验的研究22-31
• 2.1 有限元分析软件介绍及分析方法22-24
• 2.1.1 有限元分析软件介绍22
• 2.1.2 有限元分析方法和步骤22-24
• 2.2 材料性能及有限元模型24-26
• 2.2.1 材料性能24-25
• 2.2.2 有限元模型25-26
• 2.3 SENB及SENT试验对裂纹尖端约束的影响26-27
• 2.4 不同裂纹深度比SENT试样对裂纹尖端约束的影响27-28
• 2.5 不同宽厚比SENT试样的影响28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 多试样法SENT试验测基于应变设计X70管线环焊缝的断裂韧性阻力曲线31-41
• 3.1 材料性能及试样制备31-33
• 3.2 试验方法33-34
• 3.3 计算裂纹尖端张开位移δ34-36
• 3.4 试验结果与讨论36-39
• 3.4.1 试验结果36-37
• 3.4.2 断口形貌及有效性验证37-39
• 3.4.3 断裂韧性阻力曲线39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 单试样卸载柔度法测基于应变设计X70管线环焊缝的断裂韧性阻力曲线41-50
• 4.1 试样制备41-42
• 4.2 试验过程42-43
• 4.3 试验方法43-45
• 4.3.1 双引伸计法计算裂纹尖端张开位移CTOD43-44
• 4.3.2 卸载柔度法计算裂纹尺寸44-45
• 4.4 试验结果与讨论45-49
• 4.4.1 试验结果45-47
• 4.4.2 断口形貌及有效性验证47-48
• 4.4.3 断裂韧性阻力曲线48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 结论与展望50-52
• 5.1 结论50
• 5.2 展望50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 攻读硕士学位期间所发表的论文56-57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 姚登樽;范玉然;汪凤;张希悉;;单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用[J];焊管;2015年01期

2 张骁勇;马晶;程时遐;高惠临;;(B+M/A)X80大变形管线钢的组织与性能[J];材料热处理学报;2014年S2期

3 杨东平;胥聪敏;盛燕;罗金恒;王珂;;0.8设计系数用X80管线钢焊接接头的失效评估曲线[J];机械工程材料;2014年09期

4 马朝晖;;基于应变设计X70管线钢管高强匹配环缝焊接性评估[J];宝钢技术;2014年03期

5 史立强;牛辉;;基于应变设计的大变形高强管线钢的发展[J];焊管;2014年05期

6 李继红;杨亮;张敏;;X100管线钢焊接接头的显微组织和性能[J];机械工程材料;2014年02期

7 毕宗岳;杨军;牛靖;张建勋;;X100高强管线钢焊接接头的断裂韧性[J];金属学报;2013年05期

8 吉玲康;李鹤林;赵文轸;王海涛;陈宏远;李洋;;X70抗大变形管线钢管的组织结构和形变硬化性能分析[J];西安交通大学学报;2012年09期

9 高惠临;;管线钢管韧性的设计和预测[J];焊管;2010年12期

10 马小芳;谢文江;;输送管线基于应变的设计方法在我国的前景与展望[J];焊管;2010年04期

  本文关键词：基于应变设计管线的环焊缝断裂韧性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：398443