X80管道环焊缝拉伸应变容量预测模型对比研究

针对管线钢拉伸应变容量(TSC)预测,提出了一种基于拘束修正的阻力曲线计算方法.在相同的条件下以X80管道环焊缝为例,与ExxonMobil公司提出的两类模型进行了拉伸应变容量预测的对比分析.结果表明:基于拘束修正方法的预估结果与ExxonMobil第1类模型中的水平3预估结果最为接近,与第2类模型在裂纹长度为2c/t=2时最接近,随着裂纹长度继续增加,两种方法的预测差值增加;但ExxonMobil第1类模型的水平1和水平2的评估过程将部分重要参数固定为常数,导致预测结果过于保守.

薄板焊接接头疲劳性能的缺口应力法研究

薄板不锈钢焊接结构在现代工业结构中应用广泛,在实际运行过程中会不可避免地承受动态载荷,导致结构疲劳失效,因而建立其可靠的疲劳评估方法对结构安全运行具有重要意义.相比于名义应力法和热点应力法,缺口应力法能够有效反映焊缝几何形状对局部应力集中的影响,可以同时应用于焊趾失效和焊根失效复杂结构疲劳强度评估,且不受接头形式、载荷类型的影响.该方法通过在缺口处引入虚拟半径来避免缺口处应力奇异和应力偏高的问题.然而,现行设计规范IIW推荐的虚拟半径仅适用于板厚大于5 mm的钢和铝合金结构,不适用于薄板结构.本文针对工业结构中广泛应用的薄板奥氏体不锈钢焊接接头进行疲劳试验,利用有限元软件ABAQUS建立试样的二维缺口应力模型,计算得到不同试样的有效缺口应力集中系数,确定了有效缺口应力S-N曲线,并与研究现状中推荐的具有相同存活率的疲劳寿命曲线进行比较.结果表明,研究现状中推荐的疲劳寿命曲线并不完全适用于薄板奥氏体不锈钢焊接接头疲劳寿命评估.从S-N曲线分散带宽度角度出发,建立不同虚拟缺口半径对应的有限元模型,计算得到相应的有效缺口应力S-N曲线.结果表明,采用rref=0.1 mm虚拟半径时对应的S-N曲线分散带宽度最小,对应缺口应力S-N曲线(m=5,FAT619),为薄板奥氏体不锈钢焊接结构在服役条件下的疲劳评估提供了理论和实践依据.

基于裂纹尖端塑性区参量的SE(T)试样的拘束度研究

以X80高强管线钢为研究对象,结合数值分析和解析法,研究了基于裂纹尖端塑性区几何特征提出的拘束参数■、■、■、■对于不同SE(T)试样裂纹尖端应力场的表征效果,并通过断裂韧性试验量化了面内拘束和面外拘束效应对X80管线钢的SE(T)试样断裂韧性的影响,建立基于裂纹尖端塑性区的面内和面外统一拘束参数■、■、■、■与应力强度因子K的关系,确定拘束参数与T应力(T_(11)和T_(33))之间的解析关系,并通过有限元模拟和理论分析提出了小范围屈服条件下的断裂韧性预测方法.

SLM成形17-4PH不锈钢微观组织与动态断裂性能

通过激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了17-4PH不锈钢,采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)等方法对沉积态和固溶态试样微观组织结构进行了分析.通过示波冲击试验确定了裂纹萌生扩展的特征阶段和动态裂纹扩展阻力曲线(J−R曲线),研究了微观组织与动态断裂性能之间的关系.结果表明,沉积态试样主要由<100>择优且沿增材方向拉长的δ铁素体柱状晶、取向随机的细小马氏体,以及少量奥氏体组成,不同截面具有显著的组织各向异性;大尺寸δ铁素体柱状晶与细小晶粒的结合面作为薄弱环节,使其脆性增加,J−R曲线的撕裂模量较低,以准解理方式断裂.固溶热处理明显弱化组织各向异性,微观组织由尺寸细小、均匀的马氏体组成,其冲击吸收能量提升1倍,动态断裂韧性优良,属于韧性断裂.大尺寸δ铁素体柱状晶与周围细小马氏体晶粒界面结合较弱是沉积态17-4PH不锈钢动态断裂性能较差的主要原因.

焊后热处理对拘束焊焊缝金属冲击韧性与断裂韧性的影响

针对DH36钢厚板拘束焊焊接接头进行了620℃×2 h的焊后热处理,测试了热处理前后焊缝金属的冲击韧性和断裂韧性,对比分析冲击韧性与断裂韧性的差异,同时研究了焊后热处理的影响及其韧化机制.结果表明,焊态下焊缝金属的冲击韧性良好,而断裂韧性较差;焊后热处理后,冲击韧性没有明显变化,但断裂韧性显著上升,平均CTOD值由0.123 mm显著升高至0.707 mm.一方面,焊后热处理引起位错密度降低,位错缠结显著减少,细小碳化物析出并球化,有利于韧性的改善;另一方面,焊后热处理可消除大厚板拘束焊产生的应变时效局部脆化现象,提高断裂韧性.由于冲击韧性与断裂韧性测试结果存在较大差异,采用单一温度的冲击韧性评估拘束焊焊缝金属的韧性与结构安全性可能存在风险.

DP800双相钢激光焊接头软化区力学性能和组织分析

DP800双相钢作为一种高强钢,广泛应用于汽车制造业,它的安全性和可靠性满足汽车轻量化对于汽车用钢的要求.然而DP800双相钢焊接时会出现接头的软化问题,针对这一问题,对焊接接头软化区的微观组织和力学性能进行了研究.采用Nd:YAG固体激光器对DP800双相钢进行焊接,通过焊接接头硬度测试、拉伸试验、数字图像相关(DIC)应变测试方法研究软化区的力学性能特点,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及电子背散射衍射技术(EBSD)分析软化区的微观组织特点.结果表明:焊接接头软化区距离焊缝中心约2.0~3.6 mm,硬度范围在221~243 HV,比母材的硬度值下降了约10%;相较于焊接接头其他区域,在拉伸过程中软化区应变集中最为严重,变形量最大,断裂前应变值达到0.58.焊接接头主要分为焊缝金属区、粗晶热影响区、细晶热影响区、临界热影响区、亚临界热影响区和母材,其中焊接接头的软化主要发生在亚临界热影响区和临界热影响区,从组织相变角度分析,亚临界热影响区中马氏体发生了回火,析出碳化物,形成回火马氏体.临界热影响区中铁素体含量增加8.1%,引起了接头的软化;从晶体学角度分析,软化区包含的亚临界热影响区和临界热影响区的晶粒尺寸较大,总晶界长度较少,局部平均取向差(KAM)较低,引起了接头的软化.

基于Tanaka-Mura位错模型的疲劳裂纹萌生寿命预测

为了准确预测材料的疲劳寿命,提高结构疲劳寿命预测精度,对ABAQUS有限元数值模拟预测试样疲劳寿命的方法进行了研究.基于Tanaka-Mura位错理论,利用python语言对ABAQUS进行二次开发,模拟预测了S960QL马氏体钢和Ti2AlNb钛合金接头各区域疲劳裂纹萌生寿命.利用泰森多边形法生成了晶体特征单元建立了微观子模型,考虑了体心立方结构相互垂直的两条滑移带作为潜在的裂纹萌生位置,并对具有相同取向的多条平行滑移带都进行了模拟计算.通过计算得到的裂纹扩展速率变化,给出了裂纹萌生阶段过渡到裂纹扩展阶段的临界点处的裂纹萌生寿命.模拟结果表明,除焊缝柱状晶组织外裂纹萌生寿命与试验数据吻合良好.

热处理前后7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为研究

采用USF-300超声疲劳试验机对焊态和热处理态的7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行超高周疲劳试验,通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射(TEM)等手段对接头微观组织和疲劳断口进行观察,研究焊后热处理(PWHT)对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为的影响.结果表明:当循环次数为1×10^(9)时,热处理态的疲劳强度比焊态提升了25%,并且随着应力水平的降低提升的幅度越大.焊态接头疲劳试件的失效位置大多位于热影响区,而热处理态试件大部分断裂于搅拌区,试件的断裂位置与疲劳裂纹萌生机制有关.对于焊态接头试件,疲劳裂纹起源于表面粗大第二相处;而对于热处理态接头,搅拌区内部异常长大的晶粒是主要的疲劳裂纹源.热处理后热影响区内部粗化沉淀相含量减少、晶界无析出带的宽度减小,使得热影响区的薄弱属性得到改善,而搅拌区内细小等轴晶的异常长大降低了搅拌区的疲劳强度,这也是焊态和热处理态接头超高周疲劳行为出现差异的主要原因.

基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比

近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等.但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究.文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比.结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J_(0.2)和δ_(0.2),给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.

基于数值方法的超声疲劳应力计算方法修正及应用

采用有限元方法在考虑放大器影响的情况下(简称整体法)对6082-T6铝合金母材及其接头的超声疲劳试样进行了尺寸设计,并与采用传统解析法设计的超声疲劳试样尺寸进行了对比.结果表明,采用整体法得到的试样的共振频率与试验频率更接近,且几乎不受预紧力和外加载荷影响,但应力位移系数与传统解析法有较大差别.同时采用两种方法对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头在应力比R=-1和R=0.1下的超声疲劳试验数据进行对比分析,发现当R=-1时采用整体法得到的疲劳强度偏高,而当R=0.1时两种方法几乎无差别.

USRP处理45钢微观梯度力学性能演变及残余应力分布

针对材料表层梯度结构力学性能及残余应力分布研究不够深入的问题,对正火态45钢进行超声表面滚压加工(USRP)处理,在材料表层制备出微观梯度结构,并进行金相、SEM和EBSD分析。结果表明,根据形变程度将表层微结构分为3个区域:强变形区、微变形区和未影响区,厚度最高可达680μm。接着采用应变梯度理论(MSG)修正的仪器化压痕法对试样表层力学性能进行分析,发现试样表层的显微硬度、弹性和塑性变形性能均呈现明显的梯度变化。最后,采用轮廓法和X射线衍射法相结合的方式测量试样表面及内部残余应力分布。测试结果表明,处理后试样表面形成一定深度的残余压应力场,在距离表面约700μm处压应力峰值仍可达809.6 MPa,并且两种测试方法具有较好的一致性。系统分析了试样表层在微观组织、屈服强度、残余应力分布和塑性流变性能方面出现的明显梯度变化。

超声冲击态焊接接头疲劳性能分析

使用ABAQUS软件对T形接头进行超声冲击处理,将处理结果导入隐式分析模块中得到了稳定的残余应力场.随后对冲击处理后的接头施加不同的拉伸载荷,计算不同网格尺寸条件下的ASME结构应力,验证了该方法的网格不敏感性;对比冲击态和未冲击态焊接接头的AMSE结构应力和IIW结构应力的应力集中系数,发现超声冲击处理可以有效降低焊趾处的应力集中系数,但ASME结构应力法对载荷变化更敏感.分别采用主S-N曲线和IIW结构应力S-N设计曲线,给出了基于ASME结构应力法和IIW结构应力法的疲劳寿命,结果表明,ASME结构应力法预测的疲劳寿命趋于相对保守.

T形接头承载角焊缝根部裂纹扩展角度

针对Q355B低合金钢T形接头承载角焊缝根部疲劳失效的扩展路径问题,提出了一种基于受力分析计算的等效应力强度因子法(KEQ法)预测根部裂纹的扩展角度.经有限元模拟验证,其求解应力强度因子的最大误差小于5%.与基于有限元分析计算的最大周向应力法(MCS法)和有效结构应力法(ETS法)相比较,并结合3种不同应力水平下弯曲疲劳试验结果发现,基于等效应力强度因子法、最大周向应力法与有效结构应力法求解的裂纹扩展角度分别为25.6°,25.9°和32.2°,相较于实际疲劳试验的根部裂纹扩展角度24°,误差分别为6.67%,7.92%和34.17%.结果表明,基于KEQ法求解裂纹扩展角度准确度最高,更适于预测承受弯曲疲劳载荷下T形接头角焊缝根部裂纹的扩展角度.

组织不均匀性对TA15钛合金电子束焊焊接接头热影响区应变集中的影响

通过对TA15钛合金电子束焊焊接接头热影响区进行纳米压痕试验和小试样拉伸试验,结合基于组织的有限元模拟,研究了热影响区中α相和α′相不均匀性对热影响区应变集中的影响.结果表明,α′相的屈服强度和加工硬化系数均高于α相,α′相是热影响区中较"硬"的组织,α相是热影响区中较"软"的组织,两种组织具有不同的力学性能,因此热影响区组织具有不均匀性.组织不均匀性导致其细观应力应变分布不均匀,α′相承受较高的应力而α相有较大的应变,从而引起局部塑性变形的不协调,最终形成沿α相的塑性应变集中带.

基于热点应力的罐车焊接钢结构疲劳

针对罐车焊接钢结构在不同服役情况下的疲劳行为进行了研究.试验过程中选取了高速路、公路、崎岖路三种典型的路况,通过所得不同部位的应变结果计算各自的热点应力,用雨流法处理后编制载荷谱,并根据线性累积损伤理论来计算各部位的疲劳寿命.结果表明,罐车焊接钢结构上不同部位在不同路况下行驶具有不同的寿命,其中最危险的部位是侧面中下处的9和10,其在高速路上行驶疲劳寿命最低,约为3.3年.结合路况和驾驶行为,实时观察波形图发现,相比于路面不平,急刹车、上下坡、转弯会对罐车焊接钢结构的寿命产生更大的影响.

基于局部应变能密度的厚板T形接头焊趾和焊根疲劳性能分析

以装载机前车架疲劳寿命评估为目的,从前车架焊接结构关键部位中提取三种典型焊接接头,对其进行疲劳试验和分析.以局部应变能密度法为理论基础,对获得的试验数据进行处理,得到了基于局部应变能密度的疲劳寿命曲线,并采用文献中十字接头的疲劳数据验证该理论的准确性和适用性.结果表明,局部应变能密度法既可用于焊根失效疲劳评估,也可以用于焊趾失效疲劳评估;不同位置的疲劳裂纹会影响结构的刚度,进而影响结构的疲劳寿命.此外,研究了焊脚尺寸和熔深对焊接接头疲劳寿命的影响,推导了基于局部应变能密度法的疲劳失效位置转换区间.并通过文献中的疲劳数据验证了文中提出的焊趾失效和焊根失效转换区间的准确性,为合理设计未焊透厚板T形接头抗疲劳性能提供依据.

Combined Cycle Fatigue Testing with Ultrasonic FrequencyComponent of S350 Steel Welded Joint

A combined cycle fatigue （CCF） testing system with ultrasonic frequency component was developed toevaluate the CCF properties of S350 steel welded joints in this study. The fatigue testing results indicated that the S-Ncurves of CCF did not have fatigue limit, which agreed with those of pure high frequency fatigue of welded joints. TheS-N curves showed that the CCF strength of welded joints dropped greatly with the increasing interaction between highand low frequency fatigue loading. An approximation design method of CCF was presented using amplitude envelopeas the stress range.

热等静压处理对选区激光熔化GH3536微观结构及拉伸性能的影响

利用选区激光熔化技术制备GH3536试样,研究了热等静压处理前、后选区激光熔化GH3536微观结构演变对力学性能各向异性的影响。利用扫描电镜、电子背向散射衍射和拉伸试验等方法对沉积态和热等静压态试样进行了微观组织、晶体织构和力学性能表征分析。研究结果表明,与传统工艺相比沉积态试样形成了超细晶组织且拉伸性能较高。X-Y面中的等轴晶存在〈001〉和〈101〉择优取向;Y-Z面中外延生长的柱状晶结构的〈001〉晶向近似与增材方向平行。受晶粒尺寸及织构强度的影响,相对于纵向试样,横向试样的屈服和抗拉强度更高,但其延展性偏低,在断口中观察到脆性断裂特征及未熔合缺陷。经热等静压处理后,柱状晶粒发生等轴化转变,晶粒取向随机分布,碳化物沿晶界析出,裂纹愈合,但是试样拉伸强度降低,塑性升高,并且各向异性消失。

面外拘束效应对单边缺口拉伸试样断裂韧性的影响

采用API X90管线钢,对不同厚度的单边缺口拉伸(SENT)试样进行断裂韧性实验,并结合全场应变测量技术和断口分析,研究SENT试样面外拘束(试样厚度)对裂纹尖端张开位移(CTOD)的影响。结果表明,在相同的载荷水平下,随着试样厚度的增加,最大纵向应变峰值急速下降,高纵向应变区域由裂纹尖端迁移至距裂纹面一定距离的未开裂侧,裂纹尖端的塑性变形能力降低。CTOD值对厚度变化很敏感,随着试样厚度的增加而降低。当试样厚度宽度比≥4时,临界CTOD值达到下平台并保持基本不变。因此,在管线工程设计中,可将试样厚度宽度比等于4作为SENT试样断裂韧性与试样厚度无关的一个参考试样尺寸。

不同术式治疗慢性化脓性中耳炎的临床效果对比分析

目的分析不同术式治疗慢性化脓性中耳炎的临床效果对比。方法选取我院2019年11月-2021年10月期间收治的96例慢性化脓性中耳炎患者作为本次研究对象,采用双色球法将其分为对照组和观察组各48例,对照组给予耳显微镜下鼓膜成形术,观察组给予耳内镜下鼓膜成形术,对比两组患者的临床治疗效果;围手术期情况、术后疼痛评分以及听力情况。结果观察组的临床治疗效果中总有效率为95.83%显著高于对照组的81.25%;观察组在围手术期结果中显著优于对照组;术后12h、24h观察组疼痛评分显著低于对照组;观察组在治疗后的气导听阈、骨导听阈显著低于对照组,上述各组间对比差异具有统计学意义(P<0.05)。结论耳内镜下鼓膜成形术对治疗慢性化脓性中耳炎的临床效果较耳显微镜下鼓膜成形术治疗效果显著,值得推广。