内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置,对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测,直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现,内压直管在一定循环弯曲载荷作用下,将首先沿环向产生棘轮应变,随着载荷的增加,轴向也将产生棘轮应变,但较环向小。随着棘轮应变的产生,直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件,还是同一试件的多载荷步实验,均发现相同内压下,循环弯曲载荷增大,棘轮应变速率增大;相同循环弯曲载荷下,内压增大,棘轮应变速率增大。多载荷步加载时,以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率,尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后,这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置,确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。

内压圆筒斜接管在面内循环弯曲载荷作用下的棘轮效应研究

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置,采用电阻应变法,在多轴疲劳实验机上对面内循环弯曲载荷作用下的20#钢内压圆筒斜接管进行了棘轮效应试验研究,发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变,且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向。对于所研究的结构,最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧。采用阶梯加载的方法获得了结构的棘轮边界点。利用修正的Jiang-Sehitoglu随动强化模型(MJS)对结构进行了循环塑性分析,并按日本三维有限元应力评价委员会(C-TDF)提出的等效塑性应变增量控制法确定了结构棘轮边界线,可用于评价结构的塑性安定性。

内压圆筒斜接管结构的棘轮效应分析

利用自行设计的圆筒斜接管面内弯曲加载装置,采用电阻应变法,在多轴疲劳实验机上对循环弯曲载荷作用下的20~#钢内压圆筒斜接管结构进行了棘轮效应试验,发现斜接管结构的锐角区存在棘轮应变,且主要发生在第一主应变方向即指向焊缝的方向.对于所研究的实验结构,最大棘轮应变点出现在对称面锐角区的接管侧.采用阶梯加载的方法确定了各考察点的棘轮边界.选取4种典型的随动强化模型,借助ANSYS软件的二次开发对面内循环弯矩作用下内压斜接管结构的棘轮效应进行数值模拟,发现Ohno-Wang模型及基于Ohno-Wang模型的改进模型对棘轮应变的预测较为准确.采用MJS（modifed、Jiang-Sehitoglu）模型按等效塑性应变增量控制法得到了与实验结果基本吻合的各考察点的棘轮边界,并根据最大棘轮应变点的数据确定了结构的棘轮边界,可用于该结构的塑性安定性评价.

循环弯矩作用下内压斜接管结构棘轮效应的数值分析

通过ANSYS软件二次开发将MJS随动强化模型嵌入到执行程序.利用有限元方法,对受面内循环弯矩的内压斜接管结构进行循环塑性分析.计算结果表明,在一定载荷作用下,斜接管根部的锐角侧有较大的塑性应变累积,且塑性应变区域随加载次数增加而增大.分析发现,最大棘轮应变点的棘轮应变沿多个方向发生,第一主应变方向位于纵向对称面内,棘轮应变可用等效塑性应变描述.通过计算不同载荷下棘轮应变速率,采用MJS模型按照C-TDF方法得出了结构的棘轮应变边界,可供工程设计参考.