汽包与管道疲劳损伤断裂可靠性分析

针对火电厂中汽包与管道在运行过程中发生疲劳损伤断裂失效这一类问题 ,提出一种概率疲劳损伤断裂失效分析方法 ,它以汽包与管道类压力容器结构的初始疲劳质量状态为基础 ,考虑了汽包或管道在疲劳条件下材质损伤衰变、萌生裂纹及其扩展时的随机性 ,采用概率统计方法 ,建立起以裂纹长度为准则的汽包与管道发生疲劳损伤断裂失效时的功能函数 ,同时还给出了按近似概率分析方法中的JC法与一次二阶矩法计算了汽包或管道在不同循环次数下的疲劳裂纹超过数概率。上述分析与计算 ,实质上反映了对汽包或管道疲劳损伤断裂失效时的疲劳寿命进行可靠性评估的概率分析新方法。本文中最后引用汽包与管道用耐热钢的疲劳试验结果 ,与上述分析方法得到的预测结果加以对比验证 ,表明提出的这一新方法是合理的和可靠的。     

管道中表面裂纹的疲劳扩展研究

基于核反应堆结构的破前漏（ＬＢＢ）分析，采用损伤力学方法，研究了压力管道和容器中表面裂纹在循环载荷作用下的疲劳扩展问题，得到了表面裂纹在不同的初始形状和载荷条件下扩展、贯穿和形状演化的一些基本规律。研究结果表明，对于一个小尺寸的表面裂纹，当它刚好扩展成为贯穿壁面的裂纹时，壁厚与该贯穿裂纹的长度之比总是在一定范围内。这对于部件的ＬＢＢ分析是很有意义的。     

40Cr钢的疲劳损伤机理研究

主要通过扫描电镜、电子探针对40Cr钢的疲劳损伤过程进行显微组织及成分分布分析．研究了鉴雾型筝萌生的位置、形状、扩展过程和扩展途径，确定出了微裂纹开始形成时的循环次数．发现裂纹易于在铬的富集区及铬的碳化物处萌生．     

表面裂纹疲劳扩展的一种损伤力学方法

以核反应堆中压力容器和管道的破前漏（ＬＢＢ）分析为背景，从连续损伤力学的角度研究了压力容器和管道中环向和轴向半椭圆表面裂纹在循环载荷作用下的疲劳扩展问题。以标量损伤因子表征材料的疲劳损伤，由裂纹尖端的损伤演化导出了与Ｐａｒｉｓ公式形式相似的裂纹扩展方程，给出了Ｐａｒｉｓ公式的物理意义。由此发展了一种分析表面裂纹疲劳扩展过程中形状演化问题的损伤力学方法。     

天然气管道的疲劳可靠寿命计算

天然气管道在制造过程中，由于焊接工艺会产生各种缺陷及裂纹，在天然气波动压力作用下，裂纹会发生疲劳扩展，导致管道破裂及失效，其中以内表面裂纹的影响7较为严重，文章研究了天然气管道中的内表面裂纹沿管道径向扩展的问题，计算了含裂纹管道的疲劳寿命，另一方面考虑到裂纹尺寸、天然气压力及材料性质等参量都是具有不确定性的随机变量，因此还引入可靠性计算方法，通过分析与计算，确定了天然气管道的疲劳可靠寿命，研究结果对天然气管道的设计，运行及检修有一定工程实用价值。     

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。     

45#钢的疲劳损伤过程研究

本文主要通过扫描电镜对 45 # 优质碳素钢的疲劳损伤过程进行断口及显微组织分析 ,研究了疲劳裂纹萌生的位置、形状、扩展过程和扩展途径 ,确定出了微裂纹开始形成时的循环次数。     

超高压水晶釜的损伤机理研究

结合一起22Cr2Ni4MoVA钢制水晶釜爆炸事故,通过理化试验得到了使用8年后釜体材质劣化情况,即22Cr2Ni4MoVA钢的屈服强度和强度极限虽基本不变,但反映材料韧性的指标如冲击功、断面收缩率和断裂韧性都普遍大幅度下降,存在严重的脆化和蠕变变形.同时,利用结构有限元法计算了水晶釜底部危险区域的应力分布和变形,指出22Cr2Ni4MoVA钢在人造水晶生长环境下的损伤机理为蠕变、疲劳和腐蚀交互作用下的脆性断裂.     

耐热钢的概率疲劳损伤力学模型研究

针对火电厂常用耐热钢发生疲劳损伤问题时的三个主要宏观特征,即损伤性、概率统计性和损伤局部性,建立起能够全面描述疲劳问题的概率疲劳损伤力学理论与方法．首先,基于不可逆热力学建立的连续损伤力学,研究了疲劳问题的特征性体积单元ＲＶＥ（ＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＶｏｌｕｍｅＥｌｅｍｅｎｔ）;其次,应用概率统计方法研究了概率性体积单元ＰＶＥ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＶｏｌｕｍｅＥｌｅｍｅｎｔ）;最后,根据耐热钢疲劳失效首先是在最薄弱的环节处产生和上述各特征性单元之间的相互影响,从而造成疲劳损伤总是局部性的突出特性,进一步采用数理统计学中最薄弱环节理论,并引入表现各单元间相互影响的局部性算子来推求基于ＰＶＥ单元的概率描述的耐热钢疲劳损伤场．从而建立起描述耐热钢的概率疲劳损伤特性的循环应力应变场、ＰＶＥ单元体表达和概率特性估算的基本表达式．试验与计算结果表明,该模型更加合理且具有很强实用性     

45钢复杂应力状态下低周疲劳损伤准则

以单轴载荷条件下带有沟槽的轴对称试样作为基本模型，研究复杂应力状态下低周疲劳的损伤特性，对稳定循环阶段和非稳定循环阶段的损伤提出了不同的损伤定义，定义了局部有效应力损伤概念，并以此建立复杂应力状态下一种新的累积损伤准则，对４５钢低周疲劳损伤进行了分析。     

疲劳损伤线的初步研究

为了提高汽车零部件在载荷谱下的疲劳累积损伤预测精度,基于汽车结构强度在疲劳寿命初期的上升又下降的过程,提出了一种新的疲劳损伤线确定方法.该方法以现有的应力-寿命曲线(S-N曲线)为基础,以S-N曲线上的转折点为原点逆时针旋转,以S-N曲线斜率的2/3作为损伤线的斜率,得到估算损伤线,且对两级循环载荷下的累积损伤进行合理解释.     

输油管道表面裂纹初始扩展的研究

针对输油管道中检测出的表面裂纹提出了在测量沿着裂纹表面的开口方向位移分布的基础上,通过计算裂纹周围的应力分布,评价裂纹端部应力强度因子Kest的方法.通过有限元解析对不同深长比(c/a)的表面裂纹,对在各种载荷作用下的应力强度因子KFEM进行了评价.并与传统的Newman-Raju公式对同样裂纹计算的相应应力强度因子K进行了比较.其结果是KFEM与K的结果基本相同.说明了本评价方法的可靠性.通过实验研究了表面裂纹初始疲劳扩展过程中裂纹端部应力强度因子Kest,结果表明对实际输油管道中存在的表面裂纹,即使载荷、裂纹深度未知及裂纹周围有残余压缩应力存在的情况下,本文提出的应力强度因子的评价方法仍然有效.     

基于应力强度干涉模型的疲劳损伤

基于Miner法则,分析了阶梯谱级数对疲劳寿命精度的影响.建立了变换的S-N曲线与阶梯谱拟合曲线的应力强度干涉数学模型,采用参数求解的数值解析法,得到参数并推导出了疲劳损伤的积分公式.对铁路货车转向架侧架运行36万km(一个段修期)内,分阶段的多次载荷谱测试数据进行分析,发现随着各阶段阶梯谱离散级数的增大,损伤成收敛趋势,寿命预测精度提高.采用本文的分析方法,建立了侧架一个段修期的载荷谱概率模型,可预测侧架的寿命及可靠性.     

基于损伤力学的混凝土疲劳损伤模型

为了研究混凝土在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,根据混凝土的材料性能选定合理的耗散势函数,用残余应变来定义混凝土的损伤量,得到关于残余应变的损伤变量表达式;分析混凝土疲劳损伤的发展规律,选用合适的混凝土微塑性应变方程,推导混凝土在疲劳荷载下的损伤发展率,得到混凝土损伤变量与疲劳次数的关系,从而建立混凝土疲劳损伤模型;利用疲劳实验数据验证模型形式的正确性,并确定模型的参数;由此建立耦合损伤变量的混凝土本构关系模型,可用于疲劳荷载作用下混凝土的有限元分析.     

液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹的作用

建立基于耦合欧拉?拉格朗日方法的液体-裂纹流固耦合数值模型,分析移动轮轨接触荷载下液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹面之间的压力分布情况,研究了不同黏度液体对不同长度、不同角度裂纹的作用.结论发现:高黏度液体对裂纹全长均有压力,对裂纹面的压力是低黏度液体压力的4.8～5.9倍,且越靠近裂纹尖端的压力越大,算例工况下脂类对裂纹尖...     

钻杆接头螺纹部位疲劳裂纹的超声波检测

钻杆螺纹根部疲劳裂纹是钻杆钻井服役中产生的常见缺陷类型 ,是钻杆螺纹发生断裂的重要根源 .本文介绍了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测原理 ,设计了专用超声检测探头和检测装置 ,给出了检测试验结果 ,证明了钻杆螺纹疲劳裂纹超声检测的可行性和实用性     

石油套管表面裂纹分析

分析了衡阳钢管有限公司N80级石油套管表面裂纹产生的原因及形成机理，结果表明，由于坯料中舍有大量的夹杂物，致使穿孔过程中形成表面裂纹。通过改进炼钢工艺、提高连铸坯的质量和合理调整穿孔机工艺参数，能有效的减少裂纹的产生。     

引入应变循环损伤的材料裂纹扩展行为预测模型

根据循环载荷下的裂尖循环弹塑性应力应变场分析,结合Manson-Coffin经验关系,定义了基于循环塑性区内材料塑性应变幅值的单位平均损伤;根据Miner疲劳线性累积损伤理论,以裂尖扩展方向的循环塑性区尺寸为裂纹裂尖的单位扩展量,提出了基于低周疲劳损伤预测I型裂纹扩展速率的新预测模型.新模型中给出的参数均有明确的物理意义,不需要人为调试.Cr2Ni2MoV和X12CrMoWVNbN 10-1-1两种转子材料的低周疲劳试验结果表明,新模型对这两种材料裂纹扩展速率的预测结果与试验结果吻合良好.利用相关文献中提供的6种材料的低周疲劳性能数据,进一步验证了新模型用于裂纹扩展速率预测的良好适用性.