聚乙烯管韧性破坏寿命预测方法研究

聚乙烯管在静液压作用下有3种失效模式：蠕变韧性破坏、慢速裂纹脆性破坏和材料劣化破坏。提出基于粘弹性应力分析模型的聚乙烯管材蠕变韧性破坏寿命预测方法。在内压作用下,聚乙烯管材的蠕变导致其壁厚不断减薄,环向应力逐渐增大。同时,基于粘弹性应力分析模型得到管材蠕变的应变率逐渐减小,由于聚乙烯的屈服应力具有明显的率相关性,屈服应力也随之逐渐减小。当增加后的环向应力值与管材瞬时屈服应力相等时,聚乙烯管材发生韧性失效,从而得到韧性失效寿命与内压载荷之间的关系。     

含内局部减薄缺陷高温弯管蠕变极限载荷及其安全评定

根据P91材料高温等时应力应变本构关系,对高温含内局部减薄缺陷弯管的蠕变极限载荷进行了研究。研究表明,高温蠕变极限载荷在蠕变初期急剧下降,之后下降趋缓,该现象反映了高温下材料蠕变劣化过程。不同应变准则下蠕变极限载荷变化规律一致。根据有限元计算结果,提出了与蠕变时间无关的蠕变极限载荷计算方法,得到了含内局部减薄缺陷高温弯管的安全评定方法。     

高温比例与非比例加载下多轴疲劳寿命预测

针对拉扭多轴疲劳加载情况，分析最大剪切平面上的应变特性。利用临界损伤平面原理确定不同加载参数下的临界损伤平面，在此基础上提出一种基于单轴疲劳材料常数和高温蠕变特性的高温多轴疲劳寿命预测模型。利用高温合金材料GH4169薄壁管疲劳试样在控制应变拉扭循环加载下的试验数据，对所提出的寿命模型进行验证。结果表明，在高温低周拉扭循环加载下，所提出的高温疲劳寿命预测模型可以较好地预测高温疲劳寿命。     

待机过程中机械密封镶装静环的蠕变分析

镶装静环具有增强密封环强度、降低成本的优点,但长期待机过程中镶装静环的蠕变会导致密封失效。本文采用ANSYS软件建立镶装静环的蠕变分析模型,分析了镶装长度、镶装静环座壁厚、镶装过盈量对蠕变后的接触应力和端面变形量的影响,并进行试验验证。结果表明,蠕变后的接触应力随镶装长度的增加而减小,随静环座壁厚、过盈量的增加而增大;蠕变后的端面变形随镶装长度、过盈量的增加而增大,随静环座壁厚的增加而减小。本研究为长期待机的镶装机械密封的设计提供了一定参考。     

金属板料单点增量成形厚度减薄率的预测与控制

金属板料单点增量成形过程中成形区域厚度减薄率过大是影响成形极限的一项重要因素,预测成形区域壁厚是控制减薄率的重要方法。选取1060铝板,对单点增量成形过程中的壁厚变形过程进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,利用仿真结果拟合出精度较高的壁厚预测公式,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对减薄率的影响规律,并通过试验验证有限元模拟的正确性,并提出通过改变成形轨迹控制减薄率的方法。结果表明:拟合出的壁厚预测公式所求得壁厚值比正弦定理所求得的壁厚值更接近实验值;壁厚减薄率值随着工具头直径、成形角度和板料厚度的增大而增加,随层间距的增加而减小,进给速度对减薄率影响不显著,成形角度是影响减薄率的最重要因素;采用压入点均布的成形轨迹可有效减小减薄率。     

船用大直径厚壁管数控弯曲工艺参数对壁厚影响的显著性分析

为实现船舶管件数控弯曲精确成型,更好地研究船用大直径厚壁管壁厚变化率,提高其成型质量,需对其弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于有限元分析软件Dynaform建立船用20#管绕弯成型过程有限元模型,对其进行可靠性验证,再通过有限元分析和虚拟正交试验对弯曲段外侧最小壁厚数据进行极差分析和方差分析,研究工艺参数对于壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明:管件数控弯曲成形过程中工艺参数对最大壁厚减薄率影响的显著性顺序依次为:芯棒与管材摩擦系数、芯棒前伸量、芯棒与管材间隙、夹模与管材间隙;壁厚减薄率随着芯棒与管材摩擦系数、芯棒前伸量以及夹模与管件间隙的增大而增大,随着芯棒与管件间隙增大而减小。同时利用多元线性回归方法建立显著性工艺参数与最大壁厚减薄率之间的回归方程,经对比验证,对于规格为Φ140mm×4.5mm(t)×420mm(R)船用20#大直径厚壁管,此回归预测模型结果与正交试验之间的相对误差不超过5%。     

氨分解反应炉炉胆失效分析

氨分解反应炉筒体短时间使用后发生了明显的变形,并在炉体的径向焊缝上产生了大量的轴向裂纹.对氨分解反应炉炉胆的变形和开裂从化学成分、显微组织、断口形貌、蠕变等进行了综合分析.结果表明:高温使用导致在焊缝组织的晶界和晶内析出大量脆性相并形成魏氏分布从而大大降低了材料塑韧性.计算表明反应炉内的实际应力已接近材料800～850 ℃蠕变极限,因此蠕变造成了筒体较大的塑性变形.随基体蠕变壁厚减薄焊缝承受着逐渐增大的拉应力,由于焊缝的变形不能及时和基体保持同步,最终在拉应力作用下沿径向焊缝多处萌生轴向裂纹后,又在应力作用下逐步扩展,最终导致反应炉的早期失效.     

高温316L钢非线性疲劳蠕变损伤演化模型及其应用

为了研究高温两级和多级疲劳蠕变载荷作用下计及载荷历程效应的寿命预测方法,文中首先基于韧性耗竭理论提出一种非线性疲劳蠕变损伤演化模型,并通过316L不锈钢高温单级应力、温度疲劳蠕变试验,确定模型中的损伤指数,以该损伤模型结合多级加载的损伤破坏准则对高温两级应力、温度疲劳蠕变载荷作用下316L钢的寿命进行预测,得出与试验较...     

管件弯曲成形回弹预测模型研究

为提高管件弯曲成形回弹预测精度,根据梁纯弯曲理论对管件横截面的应力应变进行分析,对整个横截面弯矩M而言弹性变形区域弯矩Me可忽略不计,用幂函数硬化模型描述整个横截面的关系,建立了管件回弹角度、回弹后曲率半径预测模型。回弹角度随弹性模量E、管件外径D、材料硬化指数n的增大而减小;随着管件壁厚t、弯曲角度α、材料硬化系数K的增大而增大。部分试验值与理论值的比较表明,回弹预测值与试验值吻合较好,验证了理论分析的正确性与预测模型的有效性。     

机械式胀形关键因素对桥壳壁厚分布的影响

采用有限元模拟与试验相结合的方法,以ABAQUS软件为平台,建立桥壳机械式胀形工艺有限元模型,分析不同工艺参数对桥壳壁厚分布的影响规律。模拟结果表明:沿桥壳切口边缘壁厚分布不均匀,存在明显的壁厚增厚和减薄区域。增加工艺孔长度,壁厚减薄量显著减小,分布更均匀;增加工艺孔宽度,桥壳壁厚发生严重减薄的范围缩小,壁厚增厚量、减薄量均减小,分布均匀性提高;而两端施加轴向压力对壁厚分布影响较小。开展物理实验验证,测得的桥壳壁厚分布规律与模拟结果相一致,验证了数值模拟的可靠性。     

工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性分析

为实现21-6-9高强不锈钢管数控弯曲精确成形,提高其成形质量与成形极限,需要对弯曲过程中壁厚减薄进行有效控制。基于ABAQUS/Explicit有限元软件平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控弯曲三维弹塑性有限元模型,并对其可靠性进行了验证。通过有限元模拟和正交试验,研究了工艺参数对21-6-9高强不锈钢管数控弯曲壁厚减薄影响的显著性及规律。结果表明,影响壁厚减薄的显著性工艺参数依次为芯棒伸出量、管材与芯棒间隙、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数和弯曲速度,其影响规律为：壁厚减薄率随着芯棒伸出量、管材与防皱块摩擦因数、管材与芯棒摩擦因数、管材与压块摩擦因数、弯曲速度的增大或管材与芯棒间隙的减小而增大。采用多元线性回归方法建立了最大壁厚减薄率与显著性工艺参数之间的回归预测模型,经对比验证,回归预测模型结果与正交试验结果之间的相对误差不超过5%。     

无缝钢管张力减径过程壁厚不均匀模拟分析

为研究无缝钢管张力减径过程中钢管壁厚不均现象,建立无缝钢管张力减径过程三维热力耦合模型。模拟所得壁厚与实测结果误差最大不超过5.2%。模拟结果直观显示钢管在轧制过程中内壁形状的变化过程,最终内壁形状为规则的正六方形。分析张力减径过程中摩擦力的分布,结果表明,摩擦力沿钢管圆周分布不均,使得在辊底处形成附加轴向压应力,辊缝处形成附加轴向拉应力,从而影响壁厚变化不均。进一步研究钢管初始温度对成品壁厚分布的影响,模拟结果表明,随着钢管初始温度的升高,钢管壁厚不均现象得到明显改善。     

锅炉炉内承压部件的蠕变分析及寿命计算

本文以高温过热器为例,对锅炉炉内承压部件的寿命损耗规律进行了分析,采用拄森-米勒参数式确定蠕变断裂时间,用罗宾逊法则求出过热器蠕变寿命损耗,同时考虑疲劳对高温金属的破坏作用,最终得到适用于在线监测系统的过热器蠕变寿命简化计算公式。在计算管壁应力时,取额定负荷下的工质压力作为恒定的工作压力,这种处理使计算得到简化并趋于安全。高温腐蚀的影响通过原始壁厚乘以一个修正系数考虑。现场直接测量过热器管壁温度信号,经过适当的补偿和修正,就可输入在线监测系统进行寿命损耗监测。     

含环向减薄缺陷主蒸汽管道蠕变应力变化规律研究

厚壁耐热钢广泛应用于高温电厂的主蒸汽管道。局部减薄缺陷是高温压力管道常见的体积型缺陷,局部减薄缺陷的存在对高温环境下运行的管道应力重分布会产生较大的影响,降低管道的承载能力。采用大型有限元分析软件ABAQUS对在蠕变条件下运行、受内压作用含环向减薄缺陷主蒸汽管的蠕变应力进行了有限元数值模拟,获得了应力重分布的变化过程。结果表明,含环向减薄缺陷直管,由于存在结构不连续,导致应力水平提高。在高温环境下,应力最大位置和应力集中系数最大位置可能会随蠕变时间的变化而改变,给出了含环向减薄管道应该主要关注的位置。研究结果可为高温含环向减薄缺陷管道的安全评定和完整性分析提供依据。     

L415M直缝埋弧焊管开裂原因分析

利用宏观分析、理化性能分析、金相分析以及能谱分析,对L415M直缝埋弧焊管母材开裂原因进行了分析。结果表明,钢管母材开裂原因有两个因素,第一是由于钢管母材遭受高温灼伤而形成内表面凹坑,使得壁厚减薄;第二是由于钢管母材在高温过程中与低熔点金属铜合金接触,从而造成液态金属致脆,最终导致了钢管在承压运行中的开裂泄漏。     

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%～1.2%)、应力控制(应力幅在230～300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明：在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin...     

拉弯辅助渐进成形直壁件试验研究

针对传统直壁件多道次渐进成形工艺存在的路径规划复杂、加工时间长、壁厚过度减薄的现状,提出了一种拉弯辅助渐进成形直壁件的新工艺。该工艺包含三个步骤:预成形、拉弯组合成形直壁和校形。基于此工艺进行了试验研究,结果表明:拉弯组合成形直壁件壁厚减薄程度小,壁厚分布均匀,加工时间明显缩短,更加符合实际生产的需要;预成角直接决定直壁件最终壁厚,预成形角越大,壁厚减薄越大;在周向压应力的作用下,直壁部分出现局部区域增厚现象,且预成角越小,增厚区域越大。     

某燃气站场弯头泄漏原因分析

在某燃气站场投产前的试压过程中,发现一处弯头外弧侧管体出现纵向裂纹,导致试压泄漏。通过力学性能检验、组织分析、扫描电镜分析及能谱分析,讨论了该弯头失效原因。分析结果表明,弯头中的疏松缺陷是造成弯头开裂的主要原因。其中,弯头中的疏松缺陷起源于原材料在冶炼过程中存在的夹渣,因后续工艺未能及时发现和清除,在弯头成型过程中裂纹缺陷恶化,因此在很小水压强度试验压力下裂纹起源于弯头内表面,主裂纹沿晶界间疏松缺陷向心部开裂扩展,主裂纹两侧及尖端周围有沿晶开裂二次裂纹,最终部分裂纹贯穿整个壁厚,发生了泄漏事故。     

运行15万h后F12钢主蒸汽管道剩余寿命的预测与试验验证

通过对已累积运行15万h后F12钢主蒸汽管道取样弯管的持久强度以及高温蠕变裂纹开裂和扩展速率的试验研究,应用积累的F12钢高温持久性能数据,确定原始材料的LarsonMiller方程,并据此方程和弯管的持久性能数据,统计估算取样弯管的剩余寿命和等效运行应力;再应用高温蠕变裂纹开裂和扩展寿命评估法,计算取样弯管在等效运行应力条件下的高温蠕变裂纹开裂和扩展寿命,并对其进行剩余寿命评估;最后根据弯管的显微组织对预测结果进行了验证。结果表明:用Larson-Miller参数法评估得到的主蒸汽管道的剩余寿命为73 515h,等效运行应力为103.97MPa;用蠕变裂纹开裂和扩展寿命评估法得到的剩余寿命为153 354h;该主蒸汽管道仍可正常运行近10a;预测结果与试验验证结果一致。     

平头压痕蠕变试验确定铝合金2A12蠕变剩余寿命研究

基于损伤和平头压痕蠕变理论,提出采用平头压痕蠕变试验确定铝合金2A12蠕变受损试样剩余寿命的方法.具体为,(1)由拉伸蠕变试验(通过控制试验时间)获得不同损伤的试样;(2)针对受损试样,由压痕蠕变试验确定不同损伤所对应的稳态压痕蠕变深度率;(3)根据蠕变损伤破坏行为的Kachanov损伤理论,通过计算确定受损试样的损伤量;(4)由最终获得的稳态压痕蠕变深度率与损伤的关系曲线,采用"剩余寿命法"推断出蠕变受损铝合金试样的剩余寿命.这种方法可推广至高温构件剩余寿命的在线检测.