在役含缺陷管道及其焊接頭的J積分理論和估算方法研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文在役含缺陷管道及其焊接頭的J積分理論和估算方法研究姓名：劉月麗申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料加工指導(dǎo)教師：霍立興2000.1.1臺(tái)管道用鋼的- ，積分值的準(zhǔn)確性和適用性。從工程意義上來說，J 積分的守恒性仍然成立。含環(huán)向穿透裂紋管道接頭的非匹配效應(yīng)對(duì)J 積分影響的研究結(jié)果表明，強(qiáng)度匹配對(duì)，積分的影響是顯著的，對(duì)于給定的彎矩』l 厶高匹配焊接接頭有：J f l u < J 拜姑受< 』母材；低匹配焊接接頭有：

2、J w u < ，焊接接頭< J n t I t a 一般對(duì)于高匹配焊接接頭，選純母材的J 積分值偏安全；對(duì)于低匹配焊接接頭，采用全焊縫的材料性能參數(shù)來計(jì)算整個(gè)焊接接頭的J 積分值有較大的安全裕度．本文建立了含環(huán)向內(nèi)表面裂紋管道的三維有限元模型，進(jìn)行了彈塑性斷裂分析。在表面裂紋的中心位置J 積分有最大值，表面裂紋的中心處會(huì)最早達(dá)到斷裂韌性厶并開始起裂，因此裂紋中心處應(yīng)是最危險(xiǎn)的部位。屈服平臺(tái)長(zhǎng)度對(duì)含表面裂紋管道J 積分的影響

3、研究結(jié)果表明，隨著屈服平臺(tái)的長(zhǎng)度的增大，對(duì)應(yīng)的裂紋中心處的J 積分值也增大。不同長(zhǎng)度屈服平臺(tái)的有限元數(shù)值解和估算值比較表明：S C ．E N G I 和S C ．E N G 2 兩種估算方法可以給出鞍為合理的- ，積分預(yù)測(cè)值。本文首次建立了畬環(huán)向表面裂紋管道焊接接頭的三維有限元模型，進(jìn)行了彈塑性斷裂分析。在純彎曲載荷作用下，無論是低匹配還是高匹配的焊接接頭，J 積分都基本保持守恒性．彎曲載荷水平對(duì)歸一化的刪0 沿裂紋前緣的無量綱距離∥目

4、的分布影響不大。J Z 0 沿裂紋前緣分布的不均勻性是導(dǎo)致表面裂紋擴(kuò)展沿厚度方向不均勻和表面裂紋大多呈現(xiàn)橢圓形貌的重要原因。含環(huán)向表面裂紋管道焊接接頭的強(qiáng)度匹配對(duì)．，積分的影響研究結(jié)果表明，強(qiáng)度匹配對(duì)J 積分的影響是顯著的。因此有必要對(duì)含表面裂紋管道接頭的‘，積分估算方法進(jìn)行深入地研究。本文首次對(duì)在肩部含表面裂紋的焊制三通管道建立了三維有限元模型，基于A N S Y S 軟件和虛擬裂紋擴(kuò)展理論完成了彈塑性斷裂分析。對(duì)含表面裂紋三通管道外

5、壁的肩部、腹部以及主支管的環(huán)向焊接接頭處的應(yīng)力應(yīng)交場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在三通管道的肩部拐點(diǎn)處和腹部中線焊縫轉(zhuǎn)接處有較大的應(yīng)力集中。分析了肩部有表面裂紋的三通管道接頭沿裂紋前緣的‘，積分分布規(guī)律·結(jié)果表明：三通管道在表面裂紋中心處的裂紋驅(qū)動(dòng)力始終是最大的，但隨著內(nèi)壓的增加．這種驅(qū)動(dòng)力沿壁厚分布的不均勻性會(huì)運(yùn)漸減弱．因此隨著材料不斷屈服。在裂紋尖端附近，裂紋驅(qū)動(dòng)力將趨于均勻化．、關(guān)4 1 t e l , ．，積分 含裂紋管