基于主曲线法的高钢级管道环焊缝韧性表征

为了寻求高钢级管道环焊缝韧性的准确表征试验方法,对现有的冲击韧性与断裂韧性转化关系方法进行了对比分析,明确了不同方法的适用范围和限制条件。开展了X80管线钢半自动焊环焊缝的断裂韧性试验,并采用主曲线法对管线钢环焊缝的韧性进行了表征。结果表明,曲线法能够较好地描述高钢级管道环焊缝韧脆转变区的韧性离散情况,高钢级管道环焊缝可以采用基于主曲线的韧性表征方法。

水合草酸锌热分解反应动力学的主曲线法研究

采用热重法研究了水合草酸锌热分解反应过程,并通过多升温速率法和主曲线法相结合求算得到了水合草酸锌热分解反应两个过程的动力学三因子.研究发现,水合草酸锌热分解生成氧化锌分两步进行.其中,水合草酸锌脱水反应遵循相界面控制动力学模型,草酸锌热分解生成氧化锌反应可以用一个调和的随机成核与核增长模型来描述.实验结果表明,该求算热分解反应动力学的方法能够准确、方便、全面、唯一地确定热分解反应的动力学三因子.

主曲线法研究亮氨酸热失重动力学

在不同升温速率条件下采用热重法(TG)研究了亮氨酸的热失重过程,得到了动力学三因子;用等转化率法求得了表观活化能Ea=(137.95±2.66)kJ.mol-1;用主曲线法确定了亮氨酸热失重过程的最可几机理函数G(α)为一维相边界反应函数,G(α)=α;再由Ea和G(α)求得指前因子ln(A/s-1)=23.81±0.10.经红外光谱分析和对比观察实验证明,该失重过程实际上是亮氨酸的升华过程.

试样厚度和试验温度对主曲线法参考温度的影响

以国产Q245R和07MnNiMoDR这2种承压设备常用铁素体钢为研究对象,开展材料在韧脆转变区内的拉伸试验、冲击试验以及厚度分别为25.4 mm、19.8 mm和12.7 mm的3种小尺寸标准紧凑拉伸试样(CT试样)的断裂韧度试验,分析试样厚度和试验温度对主曲线法参考温度t 0的影响。研究结果表明,参考温度随着试样厚度的减小而下降,不同试验温度下获得的参考温度则无明显规律性,采用量纲一变形极限M limit=50可修正CT试样厚度带来的拘束度下降。

基于主曲线法的核电主管道材料断裂韧性研究

核电工程的防脆断设计和在役缺陷评价主要应用线弹性断裂力学,并基于材料断裂韧性进行评价。材料断裂韧性需通过试验测定,首先采用落锤试验和V型缺口冲击试验共同确定参考温度,或采用主曲线法确定参考温度,然后将参考温度和材料温度作为变量建立关系式描述材料的断裂韧性。主曲线法能通过较少的试样试验得到材料的断裂韧性,并具有较高的置信度,因此在工程中已得到越来越多的应用。文中采用ASTM E1921标准,应用主曲线法测量了某核电厂主管道材料的参考温度,确定了材料的断裂韧性,并与ASME第Ⅺ卷附录G中的断裂韧性进行比较。结果表明,采用主曲线法得到的材料断裂韧性更高,工程应用中减少了保守裕度,提高了经济性。

基于主S-N曲线法的焊接结构虚拟疲劳试验理论与应用

讨论了焊接结构虚拟疲劳试验技术的必要性与可行性.围绕美国机械工程师协会ASME(2007)标准中公开发表的用于焊接结构疲劳寿命评估的一个新方法:主S-N曲线法,进行了理论探讨,并认为它是基于焊接结构疲劳破坏机理的,因而比基于名义应力的方法更适合被选择为焊接结构虚拟疲劳试验的核心算法.介绍了两个典型的工程应用案例.结果表明,在设计阶段,基于主S-N曲线的焊接结构虚拟疲劳试验技术,可以有效地识别复杂焊接结构上每一条焊缝上的应力集中,这对设计修改具有很好的指导意义.

基于主S-N曲线法的地铁车体焊缝疲劳分析

建立了包括焊缝在内的某B型地铁铝合金车体的有限元模型,采用美国ASME标准中"网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法",对车体焊缝进行了有限元分析,分析计算了焊缝上的应力集中以及焊缝的疲劳寿命与损伤。计算结果表明,所有焊缝的疲劳寿命均达到了车体的设计寿命要求。

基于主S-N曲线法的车体疲劳寿命评估

为研究动车组车体疲劳强度是否符合设计要求,采用主S-N曲线法分别评估车体在EN12663标准中疲劳工况下的疲劳强度和在实测低频载荷谱下的疲劳强度,并将两种工况下的计算结果进行对比。结果表明:在两种工况下车体疲劳强度都符合设计要求;使用EN12663标准提供的工况计算出来的疲劳寿命值更小,按照标准进行设计是十分安全的。

焊接结构主S-N曲线拟合方法及软件开发

主S-N曲线法是当前焊接结构疲劳计算的新方法,在焊接结构疲劳分析中被广泛采用.该方法以等效结构应力为核心参量,实现了以一条S-N曲线计算不同载荷模式和焊接形式结构的疲劳寿命.依据主S-N曲线法,利用不同材料和焊接形式的疲劳试验建立了焊接结构疲劳试验数据库.考虑厚度、弯曲比及多轴应力等修正参量的影响,采用最小二乘法原理,研究了不同主S-N曲线方程的拟合方法及其标准差.在此基础上,开发了主S-N曲线拟合方法的专用软件.基于VC++编程环境实现了名义应力、结构应力、等效结构应力、剪切结构应力、多轴结构应力及初始裂纹修正等主要计算功能.基于该软件,完成了试验数据的多参量的对比分析,为研究焊接结构疲劳寿命评估及影响因素分析提供了技术基础.

基于主S-N曲线法的铁路货车车体虚拟台架试验

由于缺少心盘、旁承等车体载荷数据,货车车体疲劳仿真分析的载荷谱通常由近似车型的标准载荷谱进行换算,计算结果与车体实际寿命存在差异。为了能够获取车体实际线路运行时的载荷谱提高疲劳寿命的计算精度,引入虚拟车体疲劳试验台架,该虚拟试验台架能够使用实物台架线路模拟后的驱动载荷数据,保证仿真输入的准确性。完成虚拟试验计算后,提取计算后的车体心盘、旁承和车钩载荷数据,根据损伤等效原则构建成典型工况的载荷谱,将该载荷谱与主S-N曲线法相结合,进行车体焊缝部位的寿命计算。结果表明:通过虚拟车体台架试验间接获得载荷谱与主S-N曲线法结合进行疲劳评估,解决了车体载荷输入不准确、名义应力法网格敏感的问题,比传统的车体疲劳评估更符合实际。

基于主S-N曲线法的轨道车辆转向架构架焊缝疲劳分析

利用HyperMesh软件建立包括焊缝在内的某转向架焊接构架的实体有限元模型,采用美国ASME标准中《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,分析计算构架焊缝上的应力集中和焊缝的疲劳损伤,实现了转向架焊接构架危险焊缝位置预测,并对危险焊缝采用焊趾改善技术,大幅降低了焊缝疲劳损伤,有效提高了其抗疲劳能力。

基于主S-N曲线法的搅拌摩擦焊接头疲劳性能分析

对壁厚4.0 mm的6005A-T6铝合金侧墙型材实施搅拌摩擦焊,分析焊后接头组织和疲劳性能,讨论了不同疲劳试验方案的可行性。采用等效结构应力计算法与Abaqus有限元分析相结合的方法,研究基于主S-N曲线法的铝合金型材搅拌摩擦焊接头疲劳性能,结果表明:设计L型卡具加载方案可行,试验夹具加载方式的不同对接头疲劳性能存在一定的影响;短螺栓L型卡具辅助弯曲疲劳试验可以很好地规避螺栓连接的影响,并且可实现预期的接头焊根位置开裂失效模式。对搭接接头在承受较为苛刻的载荷环境下,尤其焊根缺口位置出现较高应力集中时,疲劳寿命下降比较严重。经对疲劳试样断口分析,冷搭位置不具备连接强度。

碳酸钙热分解反应动力学的不同方法研究

因比较法和主曲线法在求算热分解动力学“三因子”时基本原理和处理方法不同,为此而探讨了2种方法处理的结果是否一致.利用热重分析(TGA)技术研究了碳酸钙热分解过程,通过这2种方法分别求算了碳酸钙热分解反应动力学“三因子”.比较法结果:活化能Ea为174.00kJ·mol-1,指前因子A为9.63×106s-1,机理函数微分形式和积分形式分别为f(α)=2(1-α)1/2和g(α)=1-(1-α)1/2;主曲线法结果:活化能Ea=169.81kJ/mol,指前因子A=3.84×106s-1,机理函数微分表达式为f(α)=2(1-α)1/1.57,积分表达式为g(α)=1-(1-α)1/1.57,2种方法所得结果基本吻合,说明这2种方法判定动力学“三因子”的一致性和可靠性.

用RT_(T_0)取代RT_(NDT)分析国产某核压力容器压力-温度限值曲线的效益

ASME规范和美国联邦法规规定了核反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)在正常启、停堆过程中及水压试验时的压力和温度限值,2013年版ASME规范直接纳入了Code Case N-629,即同时接受了RTT0和RTNDT两种参考温度表征的材料断裂韧性KIc下包络线。本文对比分析采用KIR-RTNDT、KIc-RTNDT和KIc-RTT0三种断裂韧性取值方法所确定的压力-温度限值曲线(P-T曲线),以国产某台RPV为研究对象,计算了在40年设计寿期末和延寿期的P-T曲线。结果表明三者差别很大,基于KIc-RTT0下包络线拓宽了P-T运行窗口,甚至无需担心该容器在启停堆过程中会发生脆断,KIc-RTNDT曲线的计算结果偏保守,而由KIR-RTNDT给出的结果过于保守。研究结果为该电站的运行和延寿的可能性提供了支持。

基于热重分析法的生物质变温热解特性实验研究

生物质是一种重要的可再生能源,热解是生物质热转化利用技术的重要方法之一。采用TA-Q500型热重分析仪对松木在10℃/min,15℃/min,20℃/min,25℃/min四个升温速率下的松木热解特性进行实验研究。研究表明其整体反应温度区间为200~400℃。当升温速率从10℃/min增大到25℃/min后,最大反应速率明显增大,最大反应速率对应的温度提高了14℃,产生了热延迟现象,并且热解特征指数增大了3倍左右。利用Kissinger-Akahira-Sunoes(KAS)方法对热解活化能进行无模型拟合计算,松木热解活化能的平均值为216.58 kJ/mol。根据所求的活化能值,通过Criado主曲线法对松木热解反应的机理函数进行拟合,松木热解机理主要由随机成核和随后生长模型来控制,在高转化率阶段则转为三阶反应控制。

焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用

铁路客车209T型转向架焊接构架横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现的疲劳裂纹直接影响行车安全.采用美国ASME标准中的《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,对该处焊缝进行了有限元分析,分析计算了该处焊缝焊趾与焊根上的应力集中,也计算了该处焊缝焊趾与焊根上的疲劳寿命与损伤.疲劳损伤计算结果与实际开裂情况相当吻合.基于这一方法,对改进设计的疲劳寿命及损伤再次进行了计算,结果表明:改进方案显著地提高了该处的抗疲劳破坏能力.上述研究与验证表明:《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》突破了传统名义应力法的局限性,在机车车辆焊接结构抗疲劳设计过程中,具有重要工程推广价值.

基于局部法定量表征面外拘束效应对转变区间断裂韧度的影响

拘束效应制约了主曲线法表征转变区间的断裂韧度,局部法作为一种细观解理断裂力学方法有望用来解决这个问题。利用两种不同拘束配置的三点弯曲试样,通过交点法标定了国产压力容器用钢Q345R的局部法参量,借助于韧性换算思想将低拘束的试样断裂韧度结果换算成高拘束的结果。通过对比高拘束实测参考温度T 0值,验证了模型的正确性。基于此提出了一种预测不同面外拘束试样参考温度的方法,通过改变厚度的大小,研究了三点弯曲试样厚度对T 0的影响。结果表明,试样厚度越大,韧脆转变温度越高,断裂韧性下降,当厚度大于25.4 mm后会出现一个韧性平台,接近平面应变状态;厚度低于该值会造成严重的拘束缺失,T 0值远大于真实值会造成危险评估,尤其对于低硬化材料,这种现象更为明显。

基于模态叠加法的焊接结构疲劳寿命预测方法研究

针对焊接结构疲劳寿命预测,从动力学的角度提出了一种基于模态叠加法的动态结构应计算方法,并验证了其可行性与正确性,该方法以时变载荷作用下焊接结构的动平衡为基础,考虑结构自身振动加速度对用于评价焊缝疲劳寿命的结构应力的影响,实现了动态载荷下焊接结构的动态结构应力计算,有效地拓宽了主S-N曲线疲劳预测方法的应用领域。

铝合金车体疲劳寿命预测新方法及其应用

针对铝合金车体的广泛应用,从可靠性的要求出发,引进了一种可以对铝合金车体焊缝的疲劳寿命进行预测的新方法——主S-N曲线法,该法已经列为美国ASME标准,可以有效的解决焊缝疲劳寿命问题.基于有限元模型,提出了车体虚拟疲劳试验的概念(VFT),即从EN12663标准中获取车体振动加速度,从有限元模型中获取应力,然后基于主S-N曲线的参数计算车体焊缝上疲劳寿命.最后,通过一个工程实际问题,验证了这一方法对铝合金车体抗疲劳设计的有效性.

基于SINTAP转变区间内非均质材料断裂韧度预测方法

宏观非均质广泛存在于焊接结构中。为了克服标准主曲线法(ASTM E1921)对非均质材料应用的限制,工程中亟需要一种确定非均质材料参考温度和韧脆转变区间断裂韧度分布的方法。首先消化吸收了国外标准,说明了SINTAP法的应用过程,将复杂的数值过程通过程序实现;然后,基于试验测试了60 mm厚SA738Gr.B钢焊接接头不同区域的断裂韧度,对比分析了SINTAP法和标准主曲线法的预测结果;最后,讨论了SINTAP中非均匀性筛查程序的可靠性。结果表明,焊接接头的断裂韧度分散性大,有较多的数据点落在5%和95%分散带之外。焊缝金属相比于母材和热影响区的参考温度更高,是焊接接头的薄弱环节。SINTAP法对于均质材料和标准主曲线法预测效果是相当的,但对非均质材料,可以有效降低由于非均质而引发的异常数据点的影响,从而产生适当的参考温度估计和韧性预测。SINTAP法的非均质筛查判据过于严格,可能会将均质材料误判为非均质材料。