16Mn钢海底管道材料疲劳裂纹扩展试验研究

采用取自足尺度海底管道16 Mn钢制成的标准紧凑拉伸(CT)试件进行了疲劳裂纹扩展试验,利用背面应变法测量了疲劳裂纹扩展过程,并研究了取材方向和试验环境因素对疲劳裂纹扩展速率的影响,拟合出了不同取材方向与不同试验环境下Paris常数C和m。研究结果表明:试件材料取材方向对疲劳裂纹扩展初始阶段有一定影响,但对总体疲劳裂纹扩展趋势基本无影响;海水环境对疲劳裂纹扩展影响显著,且海水中疲劳裂纹扩展速率约为空气中的2倍。本文研究结果不仅可以定量分析16 Mn钢在海水腐蚀环境下与空气环境下疲劳裂纹扩展速率的差异,且能为后续基于Paris公式来预测管道腐蚀疲劳寿命的研究提供基本参数,为服役中的海底管道腐蚀疲劳问题的研究提供参考。     

超载疲劳裂纹尖端塑性变形区的研究

根据金属塑性滑移变形在金属表面产生浮凸的机理,探索了一种观察和研究疲劳裂纹尖端塑性变形区的方法。用考虑塑性区应力松驰和裂尖应力状态变化修正后的Westergaad应力函数解法计算所得的塑性区尺寸,与试验结果吻合较好。     

12Cr1MoV钢管焊缝材料高温疲劳裂纹扩展速率的试验研究

介绍用国产１２Ｃｒ１ＭｏＶ钢管制成带焊缝的ＣＴ试件以及在５３０℃条件下对该焊缝材料的疲劳裂纹扩展速率进行的试验。确定出该焊缝材料Ｐａｒｉｓ公式中的材料参数ｃ及ｍ，同时还试验了电位法测量裂纹长度所用Ｊｏｈｎｓｏｎ方程的准确性。     

奥氏体不锈钢管窄间隙焊缝疲劳裂纹扩展研究

为了研究奥氏体不锈钢管焊缝的疲劳裂纹扩展行为,依照ASTM E647标准对窄间隙热丝气保焊焊缝进行了紧凑拉伸试验,预制缺口分别位于焊缝中心线、热影响区、熔合线及母材。对窄间隙热丝气保焊焊缝不同位置处的疲劳裂纹扩展速率进行对比,并将窄间隙热丝气保焊焊缝与常规手工电弧焊焊缝的疲劳裂纹扩展速率进行对比。结果表明,窄间隙焊缝的抗疲劳性能优于常规手工电弧焊焊缝;根据Paris公式,窄间隙焊缝和母材的抗疲劳性能高于热影响区,焊缝具有更高的裂纹扩展门槛值。     

海洋平台焊接接头低温疲劳裂纹扩展速率研究

针对海洋平台在交变载荷作用下的低温疲劳问题，对焊接接头处的低温疲劳裂纹扩展速率（da／dN）进行了研究。试样所用材料为海洋平台用钢ASTMA131，试样焊接接头的焊接工艺与实际管节点焊接工艺相同。试样接头部位承受弯曲循环载荷，试验环境温度分别为－25℃和20℃。通过对试验数据的处理，得出了低温和室温下的两条da／dN－ΔK曲线。结果表明，两曲线有一交点ΔKp，当应力强度因子幅值ΔK＜ΔKp时，低温环境下试样的da／dN低于室温，结构物偏于安全；当ΔK＞ΔKp时，低温环境下试样的da／dN大于室温，结构物偏于危险。     

海洋平台钢的接头强度匹配对焊缝金属疲劳裂纹扩展行为的影响

在我国,海洋平台钢A131和A537均用LB-52NS焊条焊接,因而这两种材料焊接接头的强度匹配不同.本研究结果表明,A131和A537接头的强度匹配差对LB-52NS焊缝金属的门槛值应力强度因子范围ΔK_th没有影响,对其常规和海水腐蚀的疲劳裂纹扩展速率无显著影响.用A131或A537母材的试验结果估计LB-52NS焊缝金属的ΔK_th和d/dN将得到偏于安全的结果.     

油罐角焊缝形状对裂纹疲劳寿命的影响

本文以五万米³油罐大角焊缝为例,列举了以侧角(θ)为控制参数的五种形状的角焊缝模型.应用平面弹塑性有限单元法算出其应力分布情况;又算出了这五种形状角焊缝趾端部和焊肉中央处的表面裂纹疲劳断裂的寿命.同有关文献结果作了比较.得出了对油罐角焊缝设计有用的一些结论     

16MnR钢高温疲劳裂纹扩展行为试验研究

为了研究高温条件下材料的疲劳裂纹扩展规律,对16MnR钢在25、150、300和425℃4种温度条件下的力学性能及疲劳裂纹扩展速率进行了测试与分析。试验结果表明:16MnR钢在150和300℃的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随着温度的升高裂纹扩展速率增大,425℃时疲劳裂纹扩展速率最高。得出的结论为在高温条件下相类似材料的疲劳寿命评估提供了理论依据。     

基于Zencrack的钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报

对钛合金Ti-6Al-4V疲劳和保载-疲劳裂纹扩展行为进行数值模拟研究,获得不同保载时间对钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响。利用Abaqus软件建立有限元模型,再利用Zencrack软件对保载-疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟,得到不同保载时间下的保载-疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展过程中的前缘形状、应力分布和扩展路径。结果表明:钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率明显高于疲劳裂纹扩展速率,且随着裂纹长度的增加CT试件裂纹尖端的应力值逐渐增加。Zencrack软件数值模拟结果与试验结果吻合较好,说明该软件可用于疲劳和保载-疲劳裂纹扩展行为预报。     

孔边单边角裂纹的疲劳扩展

介绍了L_2铝板和LF6M铝合金板孔边单边角裂纹的疲劳测试以及疲劳裂纹扩展形貌和特性的研究,并与前人的工作进行了比较。     

小疲劳裂纹扩展的模型

对于不同的材料来说，Ｋ－Ｔ图具有相同的形式。根据这一设想，本文提出了一个统一的模型，该模型不但可以描述不同应力水平下的微观小裂纹扩展速率，而且可以描述不同应力水平下的宏观小裂纹扩展速率。本模型在描述小裂纹扩展时，考虑了敏感应力的微观边界阻滞效应。在已知材料的疲劳极限和微观边界尺寸的情况下，该模型可以比较容易地预测小裂纹寿命。在不同应力水平下，前人已研究了７０７５－Ｔ６铝合金和ＨＴ６０钢的小裂纹扩展     

管道疲劳裂纹扩展数值模拟

基于弹塑性基本理论,针对随动强化材料模型,以临界强度因子为开裂准则,采用退化奇异单元并编制弹塑性有限元程序,成功地模拟了管材疲劳裂纹的动态扩展过程。模拟结果与试验结果吻合较好,能很好地反映过载迟滞效应等现象。     

D级抽油杆20CrMo钢疲劳裂纹扩展速率及门槛值

通过对D级抽油杆20CrMo钢疲劳断裂的实验研究,得出抽油杆的螺纹段、杆体、过渡段和扳手方段疲劳裂纹的扩展速率及门槛值。同时分析了不同应力比对材料疲劳裂纹扩展速率及门槛值的影响。     

TC4-DT及TC21钛合金疲劳裂纹扩展速率的对比分析

为进一步研究航空主承力疲劳结构件损伤容限型钛合金的疲劳裂纹扩展问题,基于新版标准疲劳裂纹扩展试验方法GB/T 6398—2017,对两类损伤容限型钛合金TC4-DT及TC21进行测试。结果表明,低速扩展阶段,TC4-DT较TC21的疲劳裂纹扩展速率更小,宏观断口形貌粗糙度较大。当裂纹尖端应力强度因子范围ΔK处于24～31 MPa·m1/2的初始稳态扩展阶段时,裂纹扩展速率曲线基本重合,TC4-DT较TC21具有更长的稳态扩展区,断口形貌较为平滑。随裂纹长度的增加,应力强度因子范围ΔK约为断裂韧度KIC的50%时,进入失稳扩展阶段,断裂面粗糙度增加。     

API X52焊管管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率

对两种X52管线钢管母及其焊接接头的疲劳裂纹扩展速率进行了测试，发现两种焊管管母虽有50MPa以上强度差，但几乎有相同的疲劳裂纹扩展速率。而且，两种焊管焊缝及热影响区的疲劳裂纹扩展速率均低于管母，但在排除焊接残余应力导致的裂纹闭合效应后，两种焊管焊接接头的疲劳裂纹扩展速率均与管母相当。     

超载对液化气瓶疲劳寿命的影响

在恒幅循环载荷中加入一个或数个超载峰,对其后的裂纹扩展将会产生迟滞效应。本文从断裂力学观点出发,通过液化气瓶的实验证实了超载对(da)/(dN)有加速和迟滞两方面的影响,且在最佳超载比时其迟滞效果最好。液化石油气瓶的最佳超载比为1.50。     

海洋平台桩腿焊缝裂纹扩展分析

提出了利用三维断裂分析软件模拟海洋平台桩腿焊缝裂纹扩展的一种新方法。简介了断裂力学的基本理论,并基于有限元软件对桩腿焊缝进行了断裂参数分析。将风载、波浪载荷简化为扭转载荷、海水压力载荷,建立了某平台桩腿全局模型和含初始裂纹的子模型,提取出裂纹前缘的应力强度因子,并结合裂纹扩展最大正应力准则进行了裂纹扩展分析,实现了裂纹扩展的模拟。模拟结果为结构的疲劳寿命评估打下基础。     

16MnR厚壁锥体焊缝裂纹的返修

16MnR大厚壁锥体在焊后校圆过程中产生裂纹,通过对材料的化学成份及焊接工艺分析认为,材料本身的淬硬倾向、较大的拘束应力以及未能及时进行消氢处理,是产生冷裂纹的主要原因。文章从裂纹的清除、坡口形式、预热及焊后消氢、消应力热处理等方面详细介绍了返修工艺。指出,焊后立即锤击焊缝并进行消氢处理是获得优良焊缝的有效措施。     

焊缝金属中Mn含量对螺旋埋弧焊管焊缝性能的影响

为了研究焊丝中的Mn含量对螺旋焊管焊缝金属的微观组织、力学性能和热裂纹敏感性的影响,选取了3种w(Mn)分别为0.88%,1.05%和1.54%的焊丝,在X70螺旋焊管的生产和试验条件下进行焊接,获得的焊缝金属中w(Mn)分别为1.26%,1.44%和1.67%。通过光学显微镜及扫描电镜的金相学检查分析显示:提高焊缝金属的Mn含量,能降低各相(针状铁素体(AF)、先共析铁素体(PF)和侧板条铁素体(FSP))的晶粒尺寸。而且随着针状铁素体不断增加,先共析铁素体(主要是晶界铁素体)和侧板条铁素体的体积分数会降低。同时力学性能试验结果显示:Mn含量越高,焊缝金属的强度和硬度就越高。冲击韧性和延伸率,观测发现有一个最佳值。Mn含量最大的焊缝金属具有较低的韧性,这归因于淬透性的增加及马奥岛(M/A)及晶界碳化物在针状铁素体位置的形成。对长度超过1 000 m的螺旋焊管焊缝金属的分析显示:当焊缝金属中w(Mn)增加到1.4%时,热裂纹形成的可能性从0.005%减少到0.001%。     

底座关键焊缝裂纹探测与扩展寿命预测

在海洋平台结构的无损检测中,现有文献要么仅探讨无损检测新技术在工程中的应用而无后续的断裂力学分析,要么仅采用有限元方法进行构件的断裂参量计算而无检测试验。鉴于此,基于交流电磁场技术对平台钻机底座关键部位焊缝进行表面缺陷的快速检测,通过磁场信号特征提取识别出裂纹缺陷,并分析裂纹产生的原因。在此基础上,采用有限元方法对裂纹所在结构进行三维实体建模与断裂力学分析,数值模拟应力强度因子(SIF)与裂纹长度之间的关系,并最终选取Paris公式确定疲劳裂纹扩展寿命。由计算结果可知,当钻井载荷循环84 012 124次后,在初始裂纹的基础上又往前扩展了67.987 2 mm。按钻机工作时给定的转速125 r/min,即频率为2.083 Hz计算,可连续工作约466.6 d。此时,裂纹已经完全穿透基梁的加强板和翼缘,基梁将会产生失稳扩展而很快断裂。研究结果可为平台钻机底座维修加固计划的制定提供科学依据。