管道高周腐蚀疲劳损伤模型与数值模拟研究

根据疲劳与应力腐蚀损伤的耦合效应,利用非线性累积原理,构建了金属材料的高周疲劳损伤演化模型。以API X65管道钢为研究对象,结合实验确定了腐蚀疲劳损伤演化参数。利用ABAQUS软件二次开发模拟了含不同腐蚀坑形状的管材试样腐蚀的疲劳损伤演化与裂纹萌生过程,探讨了腐蚀疲劳裂纹萌生对腐蚀坑形貌的敏感性。结果表明：腐蚀坑宽度与深度相同时,半椭球型腐蚀坑试样腐蚀疲劳裂纹萌生寿命最长,圆台型与圆锥型次之,矩形体腐蚀坑试样裂纹最先萌生;半椭球体腐蚀坑试样应力腐蚀损伤对总损伤的贡献量始终大于疲劳损伤,而对于其他类型腐蚀坑,腐蚀疲劳裂纹萌生主要源于疲劳损伤的累积。     

A_3钢输煤气管道腐蚀穿孔机理的探讨

该文通过对穿越电气列车路轨地基下的A_3钢输煤气管的轨对地电位差、管道上方的电势的测量,对管道的腐蚀区、已腐蚀和未腐蚀界面处的金相分析及煤气组成的分析,提出了A_3钢输煤气管腐蚀穿孔的机理是由于煤气中的杂质使该处介质环境中H~+离子、S~(2-)离子浓,度增大也因煤气中的CO_2在混合电解质溶液中的协同作用,引起了孔(点)蚀,这种电化学局部腐蚀的持续进行,向纵深发展,导致A_3钢输煤气管的腐蚀穿孔。     

自安装井口平台外输海底管道疲劳拉伸磁记忆性能研究

为研究自安装井口平台外输海底管道在地磁激励下疲劳拉伸过程中X80钢表面磁场信号变化规律，使用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢的拉伸试样进行了不同载荷下的疲劳拉伸试验。实验过程中借助磁记忆传感器对拉伸试样表面的磁记忆信号变化进行监测，借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况，借助扫描电镜对断裂后的断口进行分析。结果表明：磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感，并归纳提出了以切向信号极值、切向梯度信号极值的连线斜率为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤敏感的磁记忆检测参数体系，为磁记忆检测方法的现场应用奠定了基础。     

考虑非线性累积损伤的桥梁疲劳寿命分析

为了准确反映桥梁非线性累积损伤,建立了桥梁非线性累积损伤模型,并分析了模型中主要参数对桥梁疲劳寿命的影响.首先,基于损伤力学理论,引入桥梁非线性累积损伤模型和对应的等效应力幅计算公式.然后,分析模型中主要参数对结构疲劳性能的影响.最后,用桥梁非线性累积损伤模型和Miner模型分析大连某大桥的疲劳性能.研究发现,随着材料参数α的减小,结构损伤增大,并且等效应力幅是影响结构损伤的主要因素.桥梁非线性累积损伤模型能准确反映实际的非线性累积损伤过程,而Miner模型偏保守.     

Q235结构钢的低周疲劳累积损伤研究

采用Q235结构钢在进行单轴及多轴两级变应变幅和变路径疲劳试验研究,在此基础上探讨金属在变幅和变路径循环中疲劳损伤累积的过程和描述方法,并对MINER线性和MANSON非线性疲劳累积损伤模型进行了检验。试验分析结果表明:MINER线性和MANSON非线性累积损伤模型对变幅和变路径循环试验的寿命预测结果基本都在2倍因子范围区内;由于金属的疲劳寿命分散性较大,仅从测试结果来看,难以判断两个模型中哪一个在预测疲劳寿命上更合理。     

腐蚀和疲劳耦合作用下Q345角钢拟静力试验研究

基于环境腐蚀和疲劳振动的相互作用,建立了腐蚀疲劳耦合损伤模型,分析Q345角钢力学性能在腐蚀疲劳耦合作用下的退化规律.利用目标地区年降雨时间统计数据建立环境腐蚀模型,并将能量耗散与疲劳裂纹扩展Paris公式相结合给出衡量疲劳损伤的演化模型.与此同时,为有效衡量腐蚀与疲劳之间的相互关系提出耦合因子,并基于该因子将腐蚀和疲劳的损伤模型相结合建立腐蚀疲劳耦合损伤模型.最后,对20根规格为70mm×5mm的Q345等边角钢展开拟静力试验,分析腐蚀、疲劳及其偶合作用对角钢承载能力和耗能性能的影响规律,建立各参数耦合损伤退化模型.结果发现:腐蚀疲劳耦合作用能显著促进构件损伤的发展,但现行设计规范和研究很少考虑这种影响;Q345角钢的承载能力、滞回曲线形状和循环次数等均随腐蚀疲劳耦合作用增加发生了明显变化,加速腐蚀12h和疲劳振动4.0×104次的耦合作用使延性系数和累积耗能参数的退化率比两者单独作用造成的损伤总和多11.1%和7.7%.     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

汽轮机焊接转子接头低周疲劳过程损伤变量的复合分析法

分析焊接转子接头的低周疲劳损伤过程对转子的安全性评估具有重要的指导意义。该文采用疲劳损伤力学的方法分析NiCrMoV钢汽轮机低压焊接转子1∶1模拟件接头低周疲劳过程。针对损伤变量表征方法中的弹性模量法和应力幅值法应用的局限性,并考虑循环前期循环软化(硬化)造成的材料损伤,提出了适用于循环软化材料或者循环前期出现短暂循环硬化、随后循环软化的材料的低周疲劳全过程损伤变量的分析方法——复合分析法。试验结果表明:在NiCrMoV钢汽轮机低压焊接转子接头的低周疲劳损伤过程分析中,采用复合分析法较弹性模量法和应力幅值法更为合理。     

UNS G10190钢在碳酸溶液中的电化学反应机理研究

通过极化测量技术研究了UNSG10190钢在含CO2水溶液中的反应速率与CO2分压的关系,根据实验结果提出了阳、阴极溶鳃反应的机理,随着CO2分压的增大,UNSG10190钢的腐蚀电位增大,腐蚀速率增大,在碳酸溶液中CO2促进了UNSG10190钢的阴极过程,抑制了阳极溶解反应。     

基于试验模态振型的结构损伤检测参数比较

结构在使用过程中,当受到外界环境变化(如腐蚀、疲劳、冲击、过载等)的影响时,容易产生损伤破坏.结构损伤会引起结构的几何形态或者材料性质产生变化.因此,无损检测技术对于确保结构的安全性、可靠性以及使用寿命有着至关重要的意义.结构损伤检测研究的主要方法是寻找到一种参数,它可以通过对测量得到的特征向量的变化值进行计算分析来获得.这种损伤敏感参数必须满足在损伤位置能够出现明显的"跳动"这个条件,从而可以判定损伤的位置以及程度.本文结合对悬臂梁的试验模态分析数据,对现有的两种基于模态振型的损伤识别方法进行了研究,并对这两种方法的可靠性进行了验证分析.     

应用夏波希模型估算海洋石油钢结构疲劳寿命的试验研究

基于损伤力学的理论和方法,书夏波希疲劳损伤数学模型应用于海洋石油钢结构的疲劳寿命估算.对国产海洋用钢15MnVNb的表面裂纹试样在拉-弯载荷联合作用下,进行了疲劳损伤试验,提出了损伤因子的测量方法及疲劳损伤特性参数的计算方法.根据常幅疲劳试验结果,计算出了15MnVNb材料损伤特性参数,并给出了疲劳寿命估算的表达式.通过模拟海浪载荷的随机疲劳试验,验证了夏波希模型.疲劳寿命的理论计算结果与试验结果的相对误差约为7％,说明两者吻合较好.     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

基于导波模态分析的高强钢丝腐蚀评估

为提高桥梁缆索损伤声发射监测的精度和可靠度,将小波变换的用于导波模态分析,提出了基于导波模态特征的高强钢丝腐蚀评估方法。通过有限元方法模拟多模态导波在索内单根高强钢丝中的传播过程,采用小波变换对节点振动加速度信号进行模态分析,并与柱波导理论时频曲线对比。通过在不同腐蚀程度高强钢丝上进行导波传播实验,分析了腐蚀损伤对导波模态特征的影响,并根据导波模态的频率分布特征构建评估指标,进行腐蚀评估。结果表明：有限元节点不同方向振动所包含的模态存在差异,数值计算结果与理论值吻合较好。高阶纵向导波频率更高,能量衰减更快,波形在反射过程中迅速消失。随腐蚀程度增加,高频高阶导波衰减严重,导波模态逐渐向低频低阶转移。基于导波模态特征的评估指标随腐蚀程度的增加单调上升,理想情况下,腐蚀率在7.6%以内的高强钢丝腐蚀损伤均可被有效识别。可见小波变换能够有效提取导波模态特征,基于导波模态特征构建评估指标可有效识别腐蚀损伤。     

基于钢筋低周疲劳的桥墩地震易损性分析

基于Coffin-Manson钢筋疲劳损伤模型,采用非线性纤维梁柱单元,对纵筋采用HRB335和HRB500E的圆柱形桥墩拟静力试验进行数值模拟,研究拟静力作用下低周疲劳对钢筋和构件承载力退化的影响.为了进一步研究钢筋低周疲劳对试件累积损伤的影响,将Takemura和Kunnath提出的两组不同加载模式下的拟静力试验进行数值模拟.结果表明:基于Coffin-Manson模型,采用纤维单元,在材料层面上考虑钢筋的低周疲劳,可以较好地模拟试件在不同加载模式下的累积损伤和承载力退化.     

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。     

基于共线异向混频技术的不可见疲劳裂纹定位

为了对金属构件中不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位,通过共线异向混频技术对金属构件内部不可见疲劳裂纹进行研究。当两列共线异向超声波在金属构件内相遇时,会与疲劳损伤发生非线性相互作用。研究结果表明,随着试件疲劳裂纹长度的增加,混频非线性系数单调递增,这与材料内部微观结构的变化密切相关。此外,通过控制两激励信号的延迟时间,使两列激励信号的相遇位置沿试件的水平方向由左向右移动,利用和/差频信号幅值最大值所对应的延迟时间对不可见疲劳裂纹进行定位。可见,利用共线异向混频技术可以对金属构件内部的不可见疲劳裂纹进行有效的检测和定位。     

集装箱船非线性波浪载荷作用下的疲劳损伤分析

本论文针对集装箱船结构直接设计中所涉及的非线性波浪载荷疲劳损伤问题从理论方法、计算和应用等方面开展研究．采用谱分析方法，研究了非线性波浪弯矩及砰击弯矩对船体结构疲劳损伤的影响，并完成一个实例计算．     

不锈钢材料预应力磨削表面耐蚀性能数值模拟

为探究预应力磨削后表面腐蚀演变机理及磨削参数对不锈钢耐蚀性的影响,以304不锈钢为研究对象,建立了考虑预应力磨削表面形貌特征的不锈钢耐蚀性能数值模型.首先,推导了粗糙表面腐蚀场演变的相场方程.其次,建立了预应力磨削后工件表面形貌模型.最后,搭建了具有非高斯分布磨粒特征的自相关砂轮表面地貌模型,应用所建模型探究了不锈钢材...     

瑞雷波数值模拟中的数值频散校正策略及实例分析

为寻求快速、高精度的瑞雷波数值模拟方法,将常用于流体动力学中的通量校正传输技术(FCT)与交错网格有限差分方法相结合,对浅层各向同性弹性介质进行包括瑞雷面波和体波在内的全波场模拟。模拟结果表明:该方法有效地压制了粗网格条件下的数值频散现象,并保留了真实的波场振荡,特别是层状介质中瑞雷波的频散特征被凸显;在同一精度下,该方法与细化网格方法相比,计算效率提高1.3倍。     

预润湿对管道润湿性的影响

针对成品油管道的内腐蚀问题,通过测量有机玻璃和钢材表面的接触角,对无机盐离子、表面粗糙度及润湿历史在油水固三相体系中的作用进行了研究。实验结果显示：碳钢具有憎油性,有机玻璃具有憎水性。在两种材料表面,预润湿的一相均表现出阻碍另一相润湿固体表面的倾向;离子浓度的增加提高了固体表面的憎油性,以上两种现象在碳钢表面表现的更为明显。此外,固体材料既影响最终的润湿接触角,也影响液体在固体表面的润湿进程,碳钢表面润湿稳定所需的时间远远大于有机玻璃表面润湿所需的时间,该现象会对含水输油管道中腐蚀位置的分布产生影响。