高强管道钢真实应力-应变曲线测试与力学性能分析

发布时间：2020-06-30 00:25

【摘要】：以X80管道钢为代表的高钢级管道钢材料是我国当前油气输送管道的首要选择,但对于高强管道钢在大变形、大应变情况下真实本构关系及行为的研究目前仍不够深入全面。本文以X65和X80管道钢为研究对象,对X65和X80钢在单轴拉伸情况下的力学性能进行测试,研究其颈缩后的塑性变形行为与真实应力状态。对如何准确获取管道焊接接头局部力学性能的测试方法进行研究,实现焊接接头分区性能测试的目标。针对常规力学性能测试方法在材料大变形情况下的局限性,本文提出了一种基于数字图像相关技术(Digital Image Correlation,以下简称DIC)来获取材料全过程真实应力-应变关系的方法,测试并对比X65和X80管道钢的真实应力-应变曲线。对实验结果进行有限元模拟分析,发现颈缩后局部三轴应力状态影响较大,通过Bridgman公式对颈缩后的真实应力进行修正,以消除三轴应力的影响。基于获取的材料真实本构关系,计算材料在Ramberg-Osgood模型下的应变硬化指数,结果显示X65的应变硬化性能要好于X80钢材。采用DIC技术对X65管材焊接接头在单轴拉伸过程中的应变场进行监测,获取焊接接头表面不同区域的实时应变。提出了一种基于实验数据来拟合硬化模型参数的方法,该方法能够准确获取管道焊接接头焊缝区、母材区以及热影响区由零至颈缩点的完整真实应力-应变曲线。对比分析焊接接头各局部区域的力学性能,研究发现本次实验试件的焊缝区虽然具有较高的屈服强度,但其应变硬化性能及抗拉强度却低于母材区,最终导致断裂发生在焊缝区。该方法对于获取焊缝区、热影响区的局部真实本构关系,实现焊接接头分区测试具有较强的实际意义。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TE973
【图文】：

示意图,真实应力,流程,示意图

图 1.1 获取真实应力-应变曲线的流程示意图Fig. 1.1 The schematic drawing for determining the true stress-strain curve许多专家学者开始尝试不使用有限元来获取材料准确应力-应变关系的方法3]。Poulain[24]提出了一种直接通过 DIC 技术获取材料真实应力-应变曲线的方并比较了另外两种通过非接触式测量技术，直接获取延性聚合物材料真应力-关系的方法。第一种方法是基于视觉的表面测量技术（Video-based Surfacetensometry, VSE），如图 1.2 所示。首先在试件的轴向和横向设置标记点，后续过追踪标记点的位移变化来获取试件纵向和横向应变，计算公式为（1.3）和.4）。其中，V 和 H 是标记点在当前的纵向和横向距离，V0和 H0是其初始距离。（1.5）和（1.6）是真应力的计算公式，该方法应用需满足材料体积不可压缩和各向同性假设的前提。

示意图,标记位置,方法,直径测量

— 6 — 1.2 VSE 方法标记位置示意The schematic diagram of VS的直径测量技术（Vide圆棒试件的优势在于当颈，横向应变梯度变化影响整个横截面积的实时变化0 0ln 2lnSS 24VREF FS

【参考文献】