确定裂纹容限的裂纹张开位移(COD)设计曲线方法

在1971年的机械工程学会讨论会上的一篇论文中,叙述了用于压力容器容许裂纹尺寸规范的焊接研究所COD设计曲线方法。本文评论了在设计曲线分析中进一步的发展,并且还检查了COD在屈服断裂力学中的定义和它作为断裂特性的意义。提供了最近的工作所得的结果,这些工作的目的在于通过对多于70个弯曲和宽板拉伸试验所得结果进行统计分析来评定设计曲线的保守程度。结果表明,对于穿透和表面裂纹两者最大允许裂纹尺寸都包含了平均来说近似为2.5的安全裕度。在设计曲线估算中也考虑了残余应力的作用。     

J—COD设计曲线及其与各国COD设计曲线的比较

1前言COD设计曲线是建立在宽板试验基础上的经验公式。其形状与宽板试验时确定应变ε时所取标距有关，而标距大小的取值缺乏理论依据（英国和日本取法不同），导致同一宽板试验数据可得到不同的COD设计曲线。此外，宽板试验近似呈现为均匀的应力应变场，它与实际结构的高应变梯度场相差较大，而且实际结构评定时所取的应变与宽板试验中的应变定义完全不同。但此、用根据宽板试验结果建立的COD设计曲线对实际结构进行评定时是否有足够的安全格度是一个值得关注的问题。既然国际国内缺陷评定规范已纷纷将COD设计曲线降格为初级评定，就有…     

关于COD试验中试样尺寸效应的试验研究

本试验测定了三种材料的不同尺寸三点弯曲试样的临界COD数值,并绘出了裂纹扩展阻力曲线。得出在本试验范围内不同几何尺寸的试样开裂COD(δ_i)值基本相同的结论,开裂以后抗裂纹扩展的能力虽有差异,但阻力曲线基本落在同一分散带内。图7,表6,参考文献10。     

焊接压力容器的大型试验及评定准则的研究

采用宽板试验和带缺陷容器的爆破试验研究了加载中的屈服流动机制和断裂参量的变化。示出并解释了在宽板和容器上应力、应变和裂纹张开位移之间的关系。为了研究评定准则,对有关试验结果按照国际焊接学会文献Doc-741应用COD设计曲线进行了评定,此时采用了三点弯曲COD试验的数值。结论为应把缺陷直接与构件整体性能相联系,该整体性能可采用总体强度和总体韧度指标。     

显微裂纹生成抗力Rmc在疲劳中的应用

通过统计分析找出了显微裂纹生成抗力R_(MC)与疲劳极限之间的比例常数,从而可简便地通过R_(MC)计算出材料的疲劳极限。还可通过R_(MC)估算出一个临界晶粒尺寸,若大于该临界尺寸,疲劳极限则与晶粒尺寸无关。此外,还通过R_(MC)估算出相应于疲劳极限时的最大裂纹尺寸。上述结果仅适用于体心立方结构的铁或钢。     

加筋板多处损伤疲劳裂纹扩展研究

给出加筋板多处损伤裂纹扩展的预测计算和试验,其目的是研究飞机真实结构--加筋板多裂纹扩展的预测计算方法.用Walker裂纹扩展方程和Willenborg-Chang裂纹扩展模型为根据,并在每个载荷循环都考虑裂纹之间的相互影响.用循环接循环进行裂纹累积,用虚拟施加剩余强度载荷和裂尖韧带塑性区连通判据确定临界裂纹尺寸.文中给出典型随机谱下加筋板多裂纹扩展计算预测,并给出初始裂纹和剩余强度载荷的改变对临界裂纹尺寸和扩展寿命的影响,也给出在恒幅谱及程序块谱载荷下加筋板多裂纹的扩展试验以及试验与计算的比较.     

OD1422mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法，结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段，进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征，利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型，对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力，获得环焊接头拉伸应变能力，并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明：当拉伸应变为0.5%时，裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力，裂纹不会发生扩展；当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时，裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等，裂纹处于临界失稳状态；当拉伸应变为4.3%时，裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展；宽板拉伸结果中，当裂纹深度低于5 mm时，失效模式均为母材颈缩；裂纹深度为9 mm时，失效模式为裂纹扩展，模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。     

有关宽板试验和裂纹容限问题的探讨

本文介绍了为制定压力容器缺陷评定规范和确定若干种国产低合金钢的COD设计曲线所进行的几十块宽板试验,对宽板试验的目的、试验方法及试验结果的应用进行了探讨。     

高应变区裂纹张开位移分析

本文应用塑性变形理论方程和解的因次分析,和Hutchinson等对纯幂硬化材料给出的有限无结果的外推,得到了全塑性条件下,纯幂硬化材料中心裂纹拉伸板简单的裂纹张开位移表达式。通过COD的小范围屈服解答和纯幂硬化材料全塑性解答的内插,给出了弹塑性材料用标称应变计算COD的简单公式。应强调指出的是,应区分两类典型的屈服方式,即全面屈服和韧带屈服。对于这两类典型情况,存在显然不同的Φ≡S/（2πaε0）与ε/ε0的关系。对具有明显屈服平台的低碳锰钢,进行了缺口拉伸板的COD标定。当相对裂纹尺寸不够小时,则不满足真正的全面屈服条件。这时曲线上可以观察到四个阶段：（I）小范围屈服阶段,(ii)韧带屈服阶段。(iii)屈服平台扩展到其余部分的阶段,此时COD被冻结了,(iv)指数硬化的全面屈服阶段。一些宽板试验数据对Wells或Burdekin设计曲线向上或向下的偏离,现在可以解释为由于在具有不同y/（πa）值情况下,韧带屈服的影响。对于低碳锰钢,不同裂纹的几何形状因子Q2,可以通过测量全面屈服阶段Φ～ε/ε0曲线的斜率而得到。     

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中,Feddersen工程分析法具有代表性,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正,使用不方便,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验,并与估算结果进行比较,表明本文方法预测精度良好,有望推广到其他结构形式。文中强调,表观断裂韧度Kapp值的合理与否对估算结果有明显影响。     

基于BS7910含缺陷X80钢焊接管道的安全评定

根据英国标准BS7448,制备带预制疲劳裂纹的三点弯曲(three point bent,TPB)标准试样,对X80管线钢焊缝、热影响区和母材进行0℃断裂韧度试验,根据CTOD(crack tip opening displacement)试验结果,结合材料的力学性能、载荷条件,采用英国BS7910结构完整性评定方法的1A、2A评定曲线,针对焊缝内部的深埋裂纹,对X80钢管道焊缝进行安全评定。通过迭代计算确定含有深埋裂纹X80钢管道焊缝中的容许裂纹尺寸。     

含裂纹损伤容限结构危险性评估技术

断裂力学理论认为结构破坏是由疲劳裂纹的不断扩展所致,而损伤容限结构能够在承受一定损伤(裂纹)情况下继续安全使用。为了评估含损伤(裂纹)结构的使用危险性,提出一种以裂纹长度为参量的结构破坏危险性估计方法,详细分析了瞬时裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的分布形式,建立瞬时裂纹尺寸与临界裂纹尺寸之间的干涉关系,利用Monte-Carlo模拟方法得出当前裂纹尺寸下结构发生破坏的概率。算例表明方法简单有效。     

在钢制压力容器中用COD作为开裂的测量

对具有穿透性缺陷的一英寸厚的宽板和圆柱形压力容器做破坏性试验以验证COD作为断裂概念的有效范围。对屈服强度为33,000到71,000磅/英寸~2的钢种所做的试验表明:有缺陷的宽板和压力容器的破坏应力同由弯曲试验测得的COD所估算的破坏应力很一致。当弯曲试验測得的COD增大时,破坏状态就成稳态延性撕裂,而且破坏状态的估算变得越来越不准确,但是在这种韧性状态下,能出现“泄漏先于破裂”。对两个3英寸厚的压力容器做了厚度对材料韧性影响的研究。而对采用的容器的几何尺寸,由于厚度对断裂韧性和刚性的相反作用,可不考虑其影响,因为韧性的这种影响在低温度时才显著。     

海洋平台吊点失效分析及安全评定

用有限元方法对某海洋平台吊点焊接结构进行应力分析，计算结果表明，吊点最大等效应力出现在吊点板与筒体连接的纵向焊缝下端；同时，对吊点焊接接头进行裂纹敏感性试验分析和断裂韧度(COD)的测试。试验结果表明，该吊点用钢在厚度方向上无论是塑性还是韧度均较低，存在层状撕裂倾向。另外，依据BS6235规范对该吊点最大等效应力发生处的焊缝进行断裂性能安全评定，给出该处的容许缺陷尺寸。     

高应变区裂纹尖端张开位移COD表达式

根据工程构件常呈现局部高应变梯度的特征而不是全面屈服状态的事实,本文提出了高应变区中LiCOD表达式。将其与从Dugdale-Muskhelivili模型导得的低应力范围内的COD表达式相结合,即可得到全部应力应变范围内的COD表达式。作者设计了两种SCT试样,试验结果表明:在很大的应力应变范围内,该表达式计算值与试验数据相符。试验还证明:SCT试样成功地再现了实际工程构件(如压力容器接管)高应变梯度区的特征,且不再出现宽板标定曲线的COD冻结等奇异现象,从而证明该表达式可以应用于工程结构。     

金属材料的疲劳无裂纹寿命

引言大多数金属结构或机械的毁坏是由其关键另件的疲劳破坏所引起的,精确地估算结构的疲劳寿命,对于安全运转和节约均具有重要意义。疲劳破坏从表象上可以看成是由两个过程组成的,即疲劳裂纹形成和疲劳裂纹由初始的亚临界尺寸扩展到最终的临界尺寸.所以疲劳寿命是疲劳无裂纹寿命和疲劳裂纹扩展寿命两     

在COD试验中的缓慢裂纹生长与A.E(声发射)特性

脆性材料在达到临界应力强度因子值或临界裂纹张开位移(COD)值时断裂而没有任何的预先的裂纹生长。但在韧性材料中,在不稳定断裂开始之前,在缺口尖端可能有缓慢裂纹扩张。这种缓慢裂纹扩张,对不稳定快速断裂可能是一个重要的前兆,因此,在缓慢裂纹生长开始点的COD,能够作为断裂特性的临界值。我们尝试把AE技术应用于COD试验中。AE技术能用来检测缓慢裂纹生长开始点,并得到了COD和在COD试验中AE特性的关系。     

含周向内表面裂纹核电管道CEGB-R6选择2失效评定曲线研究

针对CEGB-R6选择2失效评定曲线存在精度欠缺问题,从J积分估算方法入手,分析了含周向内表面裂纹管道的H_(1(n))/H_(1(n=1))与硬化指数n、裂纹尺寸的分布规律。基于先前提出的改进的EPRI-J积分估算方法,推导获得了改进的选择2失效评定曲线。采用实际核电一回路管道材料力学性能数据,将R6选择2失效评定曲线、改进的选择2失效评定曲线与不同裂纹尺寸对应的有限元失效评定曲线进行比较,结果表明改进的选择2曲线精度优于R6选择2曲线,解决了R6选择2曲线在特定情况下评价精度不足问题。     

装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响

装载机的工作装置主要为焊接结构，本文根据某新型国产装载工作装置的实际结构，模拟简化了七种焊接接头，试验研究了这些接头的疲劳强度，给出了不同接头的１０条Ｓ－Ｎ曲线，同时还就焊脚尺寸对不同载荷形式下十字接头及丁字接产砂疲劳强度的影响进行了研究，对不同载荷形式临界焊脚尺寸的大小进行了讨论；并根据试验所得Ｓ－Ｎ曲线及国产装载机动臂的实际载荷谱，对三种机型动臂的疲劳寿命进行了估算，估算结果有力地支持了国产新     

压力容器焊缝咬边疲劳裂纹的启裂寿命

针对某企业空气球罐焊缝咬边在压力波动时的受力情况,首先建立带咬边结构的受力模型,利用西田正孝的图表方法和有限元法分别计算咬边引起的弹性应力集中系数,然后计算出咬边尖端的名义应力,进而利用小缺口启裂寿命经验估算式估算咬边的疲劳裂纹启裂寿命。再采用与实物等厚度、与真实咬边等尺寸的模拟试样,进行与实际结构等应力范围条件下的模拟疲劳试验。结果表明,试验寿命与根据经验估算式得到的估算寿命非常接近,从而为咬边疲劳裂纹启裂寿命研究提供了理论依据和试验数据。在考虑一定的安全系数后,对所分析的球罐给出的剩余总寿命为9年,至启裂的剩余寿命为6年。