焊接接头力学不均匀体断裂力学参量的数值分析

应用ＭＡＲＣ有限元分析软件对平板拉伸和三点弯曲试样焊接接头力学不均匀体的断裂参量──Ｊ积分进行了数值分析．考察了焊接接头不均匀裂纹体Ｊ积分的守恒性,以及不同裂纹长度、强度匹配和焊缝宽度在加载过程中对Ｊ积分及塑性区发展规律的影响．结果表明：焊接接头Ｊ积分具有守恒性,裂纹越浅,加载时塑性区越大,断裂韧性值越高．高匹配焊缝中的裂纹更容易进入浅裂纹状态,从而使高匹配焊缝具有较好的抗断性能．焊接接头强度匹配因子Ｍ对Ｊ积分值有很大的影响．焊缝宽度对Ｊ积分值也有影响．     

含裂纹缺陷X80钢的有限元分析与安全评价

X80钢是控轧控冷的低碳合金钢,具有良好的强韧性,在油气运输管线中广泛应用。近几年因焊接裂纹引发的失效事故多发,焊接接头服役安全问题备受关注,有关含裂纹缺陷X80钢焊接接头的安全评价意义重大。文中利用有限元模拟计算X80钢焊接接头在不同应力状态时的同一载荷下,裂纹位于不同位置和不同强度匹配下的断裂参量。结果表明,无论接头处于平面应力还是平面应变状态,高匹配还是低匹配,在同一载荷下,当裂纹位于热影响区HAZ(Heat affected zone)和熔合线时的J积分值比母材和焊缝的都大,且熔合线处的J积分最大,接头最危险。     

油气管道内部轴向表面半椭圆裂纹弹塑性断裂分析

对油气管道内部轴向表面半椭圆裂纹进行了断裂分析,提出了改进的J积分估算公式.首先,基于使用形变塑性的详细三维FE计算,列表给出了部分以径厚比、裂纹深度与长度比、裂纹深度与管壁厚比、R-O材料应变硬化系数和半椭圆裂尖位置等为变量的J积分全塑性解.然后,通过对这些全塑性解分析指出EPRI分析方法中的不足之处.最后,以本次FE计算为基础,给出了沿裂纹尖端基于GE/EPRI的J积分预测公式,并通过对计算公式、EPRI J积分估算公式与有限元计算结果的对比,说明提出公式的精确性,为油气管道的断裂评定奠定基础.     

一种测定裂纹体约束因子的实验方法及应用

介绍了一种确定裂纹体约束因子的实验方法：这种方法先在一个断裂韧性试样上同时测定J积分值和裂纹尖端张开位移值艿，然后用J积分值和艿值计算出裂纹体的约束因子：用这种实验方法，测定了海洋平台用钢DH40的三点弯曲试样的约束因子，测定了用于海洋平台导管架建造的两项焊接工艺的焊接接头热影响区的三点弯曲试样的约束因子。文中的实验方法，结果准确可靠，使用方便，     

异型管扭曲环向周期裂纹应力强度因子

断裂是工程结构中常见的失效形式之一,控制结构断裂的重要参量是应力强度因子。本文以异型管周期裂纹为例,提出了利用J2守恒积分求解II型裂纹的应力强度因子方法。     

返修次数对S355J2W+N钢焊接接头疲劳性能的影响

试验对比分析了2次、4次以及6次返修焊对S355J2W+N焊接接头疲劳性能的影响。结果表明,焊接返修次数增加会使接头疲劳寿命降低,6次返修的接头中值疲劳寿命与未经返修的接头相比降低43%。疲劳试样断裂位置分为在焊缝处断裂和在母材处断裂,断口均明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分。     

非均质焊接接头裂纹的失效评定曲线

本文用弹塑性有限元方法对16MnR材料及其与焊接热影响区和焊缝组合的非均质结构做了大量J积分计算,对各种不同组合结构裂纹的失效评定曲线进行了研究,提出了焊接接头焊缝裂纹的工程评定方法。     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》J=J_(IC)的理论基础

论述了J_(IC)测试技术的理论基础,主要概括了三点:1、在定常裂纹中,当HRR场大到足够包围断裂过程区时,J积分就是断裂参量,其临界值J_(IC)就是材料的一种断裂韧度;2、在扩展裂纹中,只要满足J控制裂纹扩展条件,J积分仍然是断裂参量,J_R曲线就表示材料的一种性能,而J_(IC)就是J_R曲线上的一个点;3、根据上述二点,利用J_R曲线就可以测定材料的断裂韧度J_(IC),而且J_(IC)可以是J_R曲线上的条件值。     

基于J积分的高严寒峡谷地区斜坡天然气管道断裂力学研究

建立了单裂纹斜管模型与多裂纹干涉模型,基于弹塑性断裂力学,考虑风与低温的共同作用,分析单裂纹在不同低温条件下J积分的变化,以及通过裂纹相互干涉作用因子,研究附属裂纹对主裂纹前缘各点J积分的干涉影响。结果表明,外界温度越低,J积分越小,但当管道内外温差越大,J积分越大;在平行共线条件下,主裂纹靠近附属裂纹一侧的近表面点受附属裂纹尺寸的变化影响最明显;在平行共轴条件下,干涉效应在主裂纹的最深点与表面点影响最为显著;随裂纹间距增大,平行共线裂纹与平行偏置裂纹相互干涉效应很小,达到一定间距后可将多裂纹简化为单裂纹分析。     

GH80A镍合金电子束焊接接头旋转弯曲高周疲劳行为研究

随着镍合金电子束焊接在工业中的大量应用,尤其是在航空发动机和燃气轮机等关键长寿命服役设备中的使用,有必要对镍合金电子束焊接接头的高周疲劳属性和断裂机理进行系统的分析研究。本文利用旋转弯曲高周疲劳试验机进行疲劳试验,获得了母材和焊接接头的应力-寿命(S-N)曲线和疲劳断口,同时利用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）对疲劳断口进行了微观特征分析,确定了母材和焊接接头在不同应力幅下的疲劳裂纹萌生区和扩展区,分析了裂纹萌生区位置与应力幅的相互关系。最后,利用有限元分析了焊接接头热影响区微裂纹位置与大小对材料疲劳性能的影响。从现有的试验和模拟结果可以得到：1)母材和电子束焊接接头应力-寿命(S-N)曲线分布趋势一致,但焊接接头疲劳强度要低于母材,在靠近107周次时,两者疲劳强度差距最小;2)在高应力幅（低周疲劳寿命阶段）母材和焊接接头的疲劳裂纹均起源于试件表面并且都是多点萌生断裂,焊接接头疲劳断口位置位于焊接熔合区或热影响区;3)在低应力幅（高周疲劳寿命阶段）疲劳裂纹在试件次表面萌生,焊接接头疲劳断口位于热影响区或焊接母材靠近热影响区处;4) 通过有限元模拟发现微裂纹的存在有利于裂纹的扩展。在拉应力作用下,横向微裂纹更优于纵向裂纹沿着应力方向进行裂纹扩展;随着微裂纹尺寸增大,微裂纹间更易于相互贯通,形成更长的裂纹,从而降低了材料的疲劳性能。综上可知,电子束焊接仅仅影响材料的疲劳强度。疲劳断裂机理和母材一致都为穿晶解理断裂,疲劳裂纹萌生区域位置也和母材一样都受应力幅的直接影响。     

含随机裂纹结构的弹塑性断裂分析

压力容器的失效大多为弹塑性断裂失效,CEGB R6、PD6493、SAPV95等规范都采用J积分参量进行断裂评价。开展了裂纹尺寸为随机变量时的弹塑性断裂分析,讨论了弹塑性的随机平衡微分方程和J积分随机分析方法,推导了裂纹尺寸对[B]矩阵和[Dep]矩阵的影响,编制了弹塑性随机有限元程序,并采用数值方法进行了验证。结果表明,与Morte-carlo方法相比误差为1.05%。     

柔性管系环向穿透裂纹的应力强度因子

对含裂纹管道系统进行完整性评定时 ,要考虑到位移控制下管道柔度、支撑柔度等对断裂参量的影响。特别是作为极限情况的管道环向穿透裂纹问题 ,定量化分析方法十分重要。在守恒律理论及裂纹张开能量释放率理论的基础上 ,以简单模型为例 ,提出了一个求解柔性管系应力强度因子的简单方法。该方法可以直观地给出管系各柔性部件对应力强度因子的影响。是系统可靠性及风险概率分析十分重要的基础。     

海洋钢结构焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展机理

本文分别基于Donahue模型和阳极溶解机理,提出了焊接接头疲劳裂纹扩展模型和阳极溶解二维模型.此外,建立了预测海洋钢结构焊接接头腐蚀疲劳裂纹扩展速率的模型,并分析了裂纹扩展机理.结果表明,在裂纹扩展的早期阶段,焊接接头的腐蚀疲劳裂纹扩展速率主要受腐蚀作用控制,而在裂纹扩展的后期,受到循环载荷的影响更大.加载频率和有效...     

汽包与管道抗疲劳断裂可靠性分析方法

针对火电厂中汽包与管道在运行过程中发生疲劳断裂失效这一类问题 ,提出一种概率疲劳断裂失效分析的新方法 ,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 ,建立起以裂纹长度为准则的汽包与管道发生疲劳断裂失效时的功能函数 ,同时还给出了JC法和一次二阶矩法计算的汽包或管道在不同循环次数下的疲劳裂纹超过数概率     

海洋立管的局部冲刷实验

海洋平台立管底部的局部冲刷容易造成海底管道的暴露悬空,在波浪和水流作用下产生疲劳破坏,以往的研究多偏重于海底管道水平段局部冲刷,而对立管底部开始的局部冲刷研究较少.针对这些问题,通过实验室物理模型实验,利用波流水槽对波 流共存以及纯波浪条件下海洋平台立管 桩系统基础周围的局部冲刷进行了研究.通过实验观测立管系统周围海底地形的冲淤变化过程,得到冲刷稳定后的地形形态、各冲深监测点的冲深历时曲线及最大冲刷深度.通过对实测数据的分析,探讨了水深、波高、恒定来流流速、立管 桩系统倾斜角度以及床面泥沙粒径等参数对冲刷形态和最大冲刷深度的影响.     

双向载荷对双共线裂纹干涉J积分的影响

利用二维弹塑性有限元 ,计算了双向载荷下双共线裂纹干涉不同路径J积分值并与单向载荷J积分值作了比较。结果表明 :材料进入塑性后横向载荷对J积分值的影响必须考虑 ,且材料进入塑性后J积分的路径无关性已很难保证。     

随机疲劳载荷对焊接接头裂纹扩展的研究

海洋结构物如海洋石油平台等，在其工作寿命内承受一系列载荷，如固定载荷、变动载荷和环境载荷．其主要载荷属随机性质，焊接接头往往成为结构物的危险部位．本文研究了Ａ５３７钢焊接接头在随机疲劳载荷作用下，疲劳裂纹的扩展行为，及载荷比和频率对疲劳裂纹扩展的影响．按试验结果，建议：ｄａ／ｄＢ＝１７１×１０－１０（ΔＫｒｍｓ）４５４可用于估算焊接接头疲劳裂纹的扩展．     

火力发电厂主蒸汽管道异种钢焊缝开裂事故分析

某电厂1号锅炉发生主蒸汽管道泄漏,管道泄漏部位为炉顶主蒸汽对空排气门法兰与主蒸汽联箱中间焊缝位置,经对管道焊缝及母材的无损检测、理化分析和管道系统的支吊架检查,确认本次泄漏主要原因为主蒸汽管道支吊架设置不合理造成应力集中且主蒸汽管道对空排气门使用频次过高,导致主蒸汽管道的焊接接头受循环应力作用,在长周期循环应力的作用下焊接接头在熔合区出现疲劳裂纹,裂纹又经过扩展导致此次管道泄漏.本文从主蒸汽管道支吊架设置不合理引起焊管道集中,分析焊接接头开裂原因,并针对此类管道焊缝无损检测工艺提供了相应措施.     

浅裂纹三点弯曲试件的J和r_p研究

本文应用位移分解法导出用于浅裂纹的 J 积分值计算式。通过五组不同 a/W 比值三点弯曲试件的断裂实验和有限元分析,研究了浅裂纹的 J 积分值和塑性转动因子 r_p。     

冷轧薄板压平缝焊接头力学行为的有限元分析

采用有限元法对冷轧薄板窄搭接压平焊缝接头力学行为进行了分析;根据平均Missess应力及位移场结果分别计算了相应的应力集中系数及强度因子K,着重考察了裂纹长度、裂纹与板面夹角及接头搭接量对应力集中系数尤其是对应力强度因子的影响．结果表明：裂纹长度和裂纹与板面夹角对应力场有较大影响而搭接量则几乎没有影响．随着裂纹长度的增加,裂纹与板面夹角的增大,应力集中系数与K增加．计算结果为焊接工艺优化及焊缝质量的判别提供了依据．