自增强处理对超高压泵头体裂纹影响研究

发布时间：2019-10-17 21:45

【摘要】：目前石油天然气等能源日益匮乏,很多化石资源的开采也越来越困难,且由于石油、天然气的开采多是高压环境下的进行,对设备及相关的技术手段要求也逐渐提高,除了增加相关尺寸的传统方法,越来越多的工程中开始引入自增强处理技术,这种技术主要是在设备内腔施加高压,使其内壁产生有利的残余应力,与工作压力产生的应力相叠加后,降低设备整体的应力水平,从而延长使用寿命。但因为构件会因为加工或热处理手段等产生裂纹,这样自增强处理的效果就会受到影响,特别是影响裂纹尖端的应力分布。故在断裂力学的基础上,以假设存在初始裂纹的构件为研究对象,通过数值分析的方法研究自增强处理对含裂纹构件应力分布及相关断裂参数的影响,以此评估不同因素对裂纹起裂的影响效果,对该领域的研究具有重要意义。论文的研究对象为含有表面椭圆裂纹的超高压泵头体,但考虑到其内腔的复杂性,以及其内腔裂纹区域与厚壁筒相似,从理论角度分析相关参数时,将其简化成一定厚度的筒体模型,推导了包括自增强技术处理后筒体的残余应力和应力强度因子的表达式。并结合数值分析方法,研究计算了不同裂纹尺寸、所处位置以及自增强压力下的泵头体裂尖应力分布情况和相关的断裂参数值,判断这些结果对裂纹的影响情况。研究发现自增强处理大大降低了裂纹前缘的应力,对抑制裂纹的起裂有积极作用,从而达到延长使用寿命的目的,且经过定量分析计算得:相贯线处裂纹长短比例不变时,裂尖应力随裂纹长度的减小而减小;随裂纹长短轴比例的增大先减小后增大,取a/c=1.4时应力最小,且该比例大于1时,吸入腔面裂尖应力较大,小于1时,柱塞腔面更危险,且比较得自增强处理对远离内腔面处裂尖应力影响较大,这与裂纹的曲率变化有关;自增强压力越大,阻止裂尖扩展的切应力变大,但裂尖最大应力变化不大;在吸入腔面的裂纹前缘应力随a/c增大而减小,且尺寸变化对最大应力值的影响较大;未经处理的相贯线裂纹应力强度因子求解结果表明,I型占主导,且吸入腔裂尖应力强度因子较大,较易开裂;比较经处理的泵头体在压力和裂纹尺寸变化时的裂尖J积分值有,其值随a/c增大先减小后增大,随处理压力增大而减小,在最小值,即远离内腔表面的裂尖处,自增强处理对抑制裂纹的起裂影响最有效。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE934.2

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本文编号：2550782