PE管材的优点及其连接方法

本文首先对PE管材进行介绍,对PE管材的优点进行分析,对PE管材的连接方法进行研究,着重讲解不同连接方法下的技术原理和工艺流程、控制方式以及加热方式等。     

焊接顺序及焊接方向对X80管线钢残余应力的影响

针对近年来X80管线钢在应用中出现的多起开裂事故问题。文章采用双椭球热源模型,以生死单元技术模拟V型焊缝填充构建焊接数值模拟过程。采用实验与仿真相结合的方法,对比分析了X80管线钢在多层多道焊时2种不同焊接顺序及4种不同方向对焊接残余应力的影响。结果表明：焊接顺序对焊缝区和HAZ的残余应力有明显影响,采用对称型焊接顺序时残余应力峰值仅为296.4 MPa,比顺序型焊接顺序应力峰值低29.3%;不同焊接方向对焊缝区和HAZ的残余应力影响不大;数值计算结果与实验结果吻合较好,且计算结果对焊接实验具有一定的指导意义。     

应力水平对In783合金蠕变性能和蠕变机制的影响

在620℃,对In783合金进行不同应力水平下的单轴拉伸蠕变试验,获得了该合金的Norton-Bailey本构参数;研究了应力水平对合金蠕变性能和蠕变机制的影响,并观察了合金在典型应力水平下的位错特征。结果表明:在不同应力水平下,合金的本构参数并不相同,高应力区的应力指数比低应力区的大;Norton-Bailey本构方程能较好地描述低应力区的蠕变曲线,但不能很好地描述高应力区的蠕变曲线;不同应力水平下本构参数不同的本质原因是蠕变机制不同,高应力区的蠕变机制以位错绕越第二相粒子为主,低应力区的蠕变机制以位错热激活攀移为主。     

保载应力和加载速率对316H不锈钢蠕变行为的影响

针对316H不锈钢,通过开展一系列高温蠕变试验,探讨了保载应力和保载前加载速率对材料蠕变行为的影响。结果表明,保载应力对材料蠕变行为影响较大,在进行高温结构蠕变损伤估算时,蠕变应变速率和蠕变断裂延性的选取均要考虑保载应力的影响;保载前的加载速率也对材料蠕变行为产生一定影响,尤其是加载速率较低时。因此,在进行高温结构蠕变损伤估算时,需考虑较低加载速率的影响。     

焊接顺序对X80钢管道B型套筒熔化极活性气体保护电弧焊接残余应力的影响

基于X80钢大尺寸管道与B型套筒间熔化极活性气体保护电弧焊环焊缝的热源与本构方程,建立焊接接头的有限元模型,模拟了左右两端同时焊接、左右两端交替焊接以及左右两端先后焊接3种焊接顺序下焊接接头的残余应力分布,并通过盲孔法验证模拟结果的准确性,讨论了焊接顺序对焊接残余应力的影响规律。结果表明：焊接接头的最大残余应力均位于外壁面距盖面焊道1.8～3 mm内,不同焊接顺序下管道和套筒左右两端残余应力分布规律相近;左右两端同时焊接顺序下管道和套筒的峰值残余应力最大,均位于外壁起焊点附近;有限元模拟结果与试验结果的相对误差小于9.15%,模拟结果较准确;左右两端先后焊接顺序对最大焊接残余应力的影响程度最小。     

焊缝线膨胀系数匹配对焊接残余应力的影响规律

采用热弹塑性有限元法对焊缝与母材线膨胀系数匹配对焊接过程中的动态应力以及残余应力的影响规律进行了研究。在相同焊接热源模型和热输入量作用下的计算结果表明,焊缝与母材等胀匹配时,焊缝中心的纵向残余应力σｘ为拉应力,其值随母材屈服强度σ＾ｐｓ变化。     

接触作用对裂尖动态应力强度因子的影响

为了探究接触作用对于含中心斜裂纹板的动态应力强度因子的影响,采用ANSYS软件分别对平板在两种情况下(考虑与不考虑接触作用)的动态应力强度因子进行了模拟计算,并探究了接触刚度(FKN)对动态应力强度因子(dynΙK(t))的影响。由计算结果可以看出:(1)不考虑接触作用的I型动态应力强度因子部分为负值,说明两个裂纹面发生了相互嵌入;(2)考虑了接触作用之后的I型动态应力强度因子可以得到很好的优化,I型动态应力强度因子负值情况基本消失;(3)在考虑接触作用之后应根据实际情况选择合适的接触刚度。     

应力多轴效应对316不锈钢蠕变设计准则的影响

ASME NH高温结构设计标准中对结构的非弹性应变提出了限值,但该应变限值存在诸多争议,如未考虑应力多轴效应的影响,且对所有材料设定统一的设计容限值等。对550℃下承受内压的316不锈钢弯头进行了蠕变模拟,主要研究应力多轴效应对蠕变设计中应变容限的影响。使用含有损伤参量的本构方程,并根据延性耗竭模型定义了新的损伤参量。当弯头的薄膜应变和弯曲应变达到ASME NH中相应限值时,考察各损伤参量是否达到相应的临界值,以确定该应变限值是否保守。结果显示,当弯头的薄膜应变达到1%的限值时,弯头中的各损伤参量远小于相应的临界值。这说明对于316不锈钢,ASME NH中的非弹性应变的限值在多轴效应存在的情况下仍然是保守的,可以用于该温度下含多轴应力状态结构的设计和校核。     

固溶处理对304H焊接接头高温蠕变疲劳性能的影响

采用具有保持时间的高温蠕变疲劳试验,研究了304H不锈钢焊接接头在相同条件下焊态和固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命,使用断口扫描电镜、透射电镜、金相显微镜分析了断裂失效机理及裂纹扩展走向。结果表明,固溶处理可以显著提高焊接接头蠕变疲劳寿命,固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命约为焊态的1. 6倍;焊态下断口主要呈穿晶韧窝断裂特征,固溶处理试样断口呈现穿晶与沿晶混合断裂特征,裂纹从纤维区向结晶区扩展断裂。两种状态均有脆性相碳化铬析出,但固溶处理后Cr的析出率降低,延迟了脆性相的生成;同时,固溶处理后晶粒变大,提高了蠕变强度,这些因素导致固溶态304H焊接接头蠕变疲劳寿命的增加。     

构架管接头焊缝参数对疲劳缺口应力的影响

为了克服整体法进行焊接结构强度设计时造成的母材强度过剩,焊缝强度不足的问题,采用局部缺口应力法,分析了焊缝各局部参数对疲劳应力的影响程度;目的是在不改变整体结构参数的前提下,通过优化焊缝设计参数,实现焊接结构疲劳强度的提高。文章以某动车焊接构架为研究对象,建立了横梁管焊接接头的多尺度模型。以参数化的1mm虚拟缺口模型分析了各焊缝参数变化以及砂轮打磨半径对于缺口应力集中系数的影响规律,结果表明焊趾角度的影响较焊喉深度更为显著,而砂轮磨削的最佳半径为6mm。以构架整体模型分析了焊接接头在各疲劳工况下的实际受力情况,联合各向缺口应力集中系数并采用形状改变能密度准则计算了管接头焊趾处的多轴等效缺口应力。通过与原焊缝设计参数相比较,减小15°的焊趾角度能够降低10%的疲劳缺口应力,6mm的磨削半径则能够降低超过20%的疲劳缺口应力。     

压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区影响的有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究压应力对长短疲劳裂纹塑性区的影响.分别建立两个具有长短中心穿透裂纹高强铝合金板的有限元模型,进行拉压加载模拟分析.结果表明,压应力对长短疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,相同的应力强度因子条件下,在一个拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压应力的增加而增加,压应力的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压应力对短裂纹的影响比长裂纹大.     

不同加载条件压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区的影响

应用弹塑性有限元方法,研究不同加载条件下压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区的影响.建立两个具有中心穿透裂纹的高强铝合金板的有限元模型,分别进行不同载荷的拉压加载模拟分析.结果表明,压载荷对疲劳裂纹尖端塑性区有显著影响,在一拉一压加载周期,当拉载荷减小到零时裂纹尖端应力不为零,裂纹尖端应力对裂尖的挤压作用产生反向塑性区,裂尖反向塑性区随压载荷的增加而增加,压载荷的大小是决定裂纹尖端塑性区大小的主要因素,压载荷越大塑性区越大.     

压力管道对接焊缝表面裂纹电磁检测的可靠性研究

压力管道是化工设备中的一个重要结构,对接焊接方式在管道的施工中占有很大比例,对接焊缝在管道运行中不可避免会产生一定的表面裂纹。目前表面裂纹检测方法中,电磁检测方法具有非常大的比较优势。研究了表面裂纹分析的可靠性数学模型,采用电磁检测设备和试件对压力管道对接焊缝表面裂纹检测的可靠性进行了实验,通过对实验结果分析可知,对接焊缝裂纹检出可靠性不但与裂纹深度有关,还与对接焊缝表面粗糙度与裂纹深度的比值有关,并且在相同条件下,裂纹检出可靠性还与探头检测时的速度有一定关系。     

X80管线钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角（CTOA）的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X80管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。结果表明：试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,韧带太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4,8 mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.8°1,2.8°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在5～252,～10之间。     

基于ANSYS的裂纹尖端应力强度因子研究

通过ANSYS建立焊接接头三区域模型。分别定义了不同的力学性能参数来模拟焊接接头各个区域力学性能的不均匀性,分别计算裂纹处在焊接接头各个区域的应力强度因子。计算结果表明：焊缝应力强度因子最低,母材次之,热影响区最高。说明材料的屈服强度与裂纹尖端的应力强度因子有密切的关系。屈服强度越高,应力强度因子越低。     

三轴应力状态下复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布

利用Ｍｉｓｅｓ屈服准则从理论上分析了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹尖端前缘的塑性区分布。推导出了由三轴应力约束参数Ｔｚ参与表征的裂纹尖端前缘塑性区尺寸ｒｐ的表达式，并绘制出了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹在单轴、双轴载荷作用下裂纹尖端塑性区的分布图。     

双材料界面裂纹应力强度因子计算

建立不同裂纹长度的双材料界面裂纹模型,用有限元软件计算和分析界面裂纹尖端附近的应力场和位移场.利用裂尖前沿应力和裂纹面相对位移分别计算了界面裂纹尖端的应力强度因子K,两种方法计算的K值完全吻合.通过数值分析,给出一种计算双材料界面裂纹应力强度因子K的经验公式.     

T形焊接接头根部裂纹应力强度因子研究

建立T形焊接接头根部裂纹的半椭圆裂纹模型,定义裂纹模型的构形参数以及边界条件,分析裂纹尖端的应力强度因子。采用奇异单元法,通过有限元计算,模拟裂纹尖端的应力奇异性。并通过收敛性检验确定裂纹尖端的单元尺寸。在此基础上,计算裂纹尖端量纲一应力强度因子,并分析其受几何参数影响的变化规律。计算结果表明,对于给定的载荷条件下,不同初始裂纹尺寸时,裂纹尖端的应力强度因子存在一定的规律性,且不同几何参数对应力强度因子的影响程度存在一定差异,因此,对焊接结构疲劳强度研究时需要有一定的侧重点。采用多重线性回归方法拟合仿真计算结果,这些结果为进一步研究T形焊接接头根部裂纹扩展和疲劳寿命预测提供参考。     

V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判别准则及其验证

围绕V形切口尖端裂纹起裂方向,分析了V形切口尖端裂纹应力场、位移场、应力强度因子,提出了裂纹起裂方向的主应力判别准则。首先,详细给出了V形切口尖端应力应变场的求解方法,通过裂纹尖端场本征值的三次线性拟合及误差分析,确定了V形切口尖端裂纹位移场;然后,建立了V形切口尖端的数值分析模型,运用数值计算方法确定了应力强度因子和切口强度因子,提出了V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判断准则,给出了外推法求解分析过程;最后,以LY8为试验材料,在张角2β＝60°的V形切口情况下,对提出的V形切口尖端裂纹起裂方向计算方法与判别准则进行了试验验证。     

X80管线钢管动态裂纹扩展速度计算

X80天然气管线中的延性断裂止裂是当前世界范围内研究的热点和难点问题.运用BTC,RBTC以及HLP模型对X80管线中的动态裂纹扩展速度进行了计算.通过与试验结果进行对比分析发现,RBTC模型计算的动态裂纹扩展速度与试验结果最为符合,HLP模型其次,BTC模型最差.这可归因于RBTC模型中嵌入了更为合理的止裂压力计算结果以及更为准确的通过回归计算得到的常数项.