X80M钢管道全自动焊接接头裂纹尖端张开位移差异性

针对不同预热条件下X80M钢管道全自动焊接接头,开展了裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)的差异性研究.采用单边缺口3点弯曲试样进行CTOD试验,按照GB/T21143-2014标准和ISO15653-2018标准推荐的公式分别进行CTOD值的计算.结果表明,两种计算公式结果不同,采用ISO 15653-2018标准推荐公式计算CTOD值结果与GB/T21143-2014标准相比平均偏高35%,差异出现的原因是两种标准的修正方式侧重点不同,即GB/T21143-2014标准针对裂纹长度变化进行修正,而ISO15653-2018标准针对测试温度的影响进行修正.预热温度为80℃的接头试样CTOD值整体较低,其中按GB/T21143-2014标准计算有3个试样低于标准,最低为0.16 mm,按ISO 15653-2018标准计算有1个试样低于标准,最低为0.20 mm;预热温度为120℃时,所有试样在两种标准下计算的CTOD值均满足标准要求,焊接接头断裂韧性更好.相同预热条件下,熔合区试样CTOD值整体高于焊缝区试样,且CTOD最大值均出现于熔合区,具有较好的断裂韧性,熔合区CTOD值受组织不均匀性的影响,不同位置间存在较大差异,存在性能的不均匀性.

国内外标准中裂纹尖端张开位移的计算结果差异

对12Cr1MoV钢板进行了不同试验温度下的断裂韧度测试,再按照3个标准分别计算了裂纹尖端张开位移,并分析其差异。结果表明:按照ASTM E1820—2020b和GB/T 21143—2014标准计算得到的裂纹尖端张开位移较小,而按照ISO 12135:2021标准计算得到的裂纹尖端张开位移较大。当材料的断裂韧性计算结果在裂纹尖端张开位移的最小允许值附近时,计算依据的标准不同,会导致判定结论的不一致。

基于有限元模拟材料缺陷对U71Mn钢表面主裂纹的影响

通过有限元法研究了U71Mn钢在弹塑性状态下,其材料缺陷(孔洞)对表面主裂纹尖端力学行为的影响.重点分析了裂纹尖端张开位移(CTOD)、表面张开位移(FSOD)、孔洞方位角β与孔洞半径r等相关变量对裂纹尖端J积分的影响.结果显示,裂纹面对应力有屏蔽作用,导致裂纹面附近的应力松弛,而裂纹尖端对应力有放大作用,随着外力增加将导致裂纹的扩展;孔洞位于主裂纹尖端约-75°<β<75°范围时,孔洞将促进裂纹尖端的变形,导致CTOD及J积分值增加,促进主裂纹的扩展;而孔洞位于75°<β<90°或-90°<β<-75°范围时,孔洞将阻碍裂纹尖端的变形,导致CTOD及J积分值均比无孔洞时要小,从而抑制主裂纹的扩展.

油罐车储罐裂纹应力强度因子影响因素研究

针对油罐车储罐的安全问题,裂纹破坏尤为常见,张开型裂纹是其主要破坏形式。此外,储罐长期受到油体腐蚀作用,会产生大小各异的腐蚀坑。文章研究了影响油罐车裂纹应力强度因子的因素,分析了裂纹尺寸和腐蚀坑对储罐裂纹应力强度系数的影响规律。基于有限元扩展法,对含裂纹的油罐进行三维建模;利用相互作用积分法,对储罐裂纹的应力强度因子进行了求解。在考虑了腐蚀坑洞效应的基础上,分析应力强度因子受腐蚀坑尺寸影响的规律。结果显示,张开型裂纹的应力强度因子随裂纹尺寸的增加而增加;此外,腐蚀坑对应力强度因子也有比较明显的影响,腐蚀坑的深度和半径越大,应力强度因子越大。

渗透水压作用下类岩石材料张开型裂纹启裂特性研究

在探讨渗透水压和远场应力共同作用下张开型裂纹的启裂规律及裂纹尖端应力强度因子的演化规律的基础上,建立压剪应力场和渗流场共同作用下含预置裂纹类岩石材料的损伤断裂力学模型和裂纹尖端应力强度因子演化方程,提出运用裂纹尖端应力强度因子作为判断压剪岩石裂纹的启裂准则。研究结果表明:张开型裂纹尖端应力强度因子受围压、渗透水压力、裂纹尖端曲率半径以及裂纹倾角等因素的影响;裂纹启裂角随预制裂纹角度的变化不大,其值约为70.5°;裂纹启裂强度与渗透水压力、裂纹长度、裂纹尖端曲率半径成反比,与围压的大小成正比,此外还与裂纹倾角有关。算例验证表明,运用不同的断裂判断准则均可得出岩石裂纹初裂强度随渗透水压力的增大而呈减小的趋势。且进一步的试验也验证了启裂强度与渗透水压成反比而与围压成正比;当裂隙角度为30°时裂纹启裂强度最大,60°次之,45°最小。提高渗透水压可显著降低张开型裂纹的启裂强度,这一结果可为深部高应力岩体诱导破裂提供新的思路。

压缩状态下张开型裂纹起裂扩展规律

为获得张开型裂纹起裂及扩展规律,对于断裂力学分析不同裂纹倾角和不同裂纹长度时张开型裂纹的起裂特征,运用RFPA数值模拟软件研究含张开裂纹的岩体在单轴压缩试验下的裂纹扩展及破裂特点.研究结果表明:裂纹倾角和长度对张开型裂纹起裂及扩展规律的影响显著.裂纹倾角越大、长度越小,翼型裂纹扩展路径越趋于直线,起裂方向与原裂纹方向越接近,裂纹起裂角越小;裂纹起裂应力随裂纹倾角的增大先减小后增大,且与裂纹长度成反比.岩体的峰值强度也与裂纹几何参数密切相关,随裂纹倾角的增大呈现先减后增的变化规律,随裂纹长度的增加整体趋于减小.

LBB设计中管道贯穿裂纹张开位移及泄漏率计算研究

在核电站管道破前漏设计(LBB)过程中,需要对管道的关注部位假设一个贯穿裂纹,然后计算该裂纹在正常运行工况下的裂纹张开位移(COD)以及流体泄漏率,从而验证管道LBB设计准则的适应性。本文介绍了COD以及泄漏率计算的意义,然后探讨了各种计算方法的优缺点和发展方向,最后给出了自主开发程序的验证算例。文中讨论的问题可为LBB技术在我国核电厂中的应用提供参考。

卸载条件下煤岩组合体的裂纹张开效应研究

利用MTS 815试验机对深部煤岩组合体进行分级循环加卸载试验,研究了卸载过程中煤岩组合体轴向裂纹的张开效应,得出其轴向裂纹闭合应力(应变)和张开应力(应变)。研究结果表明:随着循环次数的增加,加载和卸载过程中煤岩组合体的裂纹闭合应力(应变)和张开应力(应变)具有增大的趋势;由于分级荷载的逐步增加,煤岩组合体产生新的裂纹,轴向裂纹闭合应变差、轴向裂纹张开应变差、轴向裂纹应力差随循环次数增大而增大;推导出轴向裂纹张开模型,并利用试验数据进行验证,模型理论值与试验值较为吻合,能有效描述卸载条件下轴向裂纹张开效应。

温度对结构钢材裂纹尖端张开位移(CTOD)的影响分析

裂纹尖端张开位移(CTOD)与钢材的弹性模量、屈服强度、几何条件和荷载大小等因素有关。结构钢材的相关力学指标随着温度发生变化,因此温度变化也会改变CTOD的数值。从含穿透缺口无限大受拉平板的Dugdale-Barrenblett模型(D-B模型)出发,推导出了温度对裂纹尖端张开位移影响规律的基本公式,并把分析进一步扩展到含跨中裂纹的三点弯曲试样。并对带跨中裂纹的三点弯曲试样进行了有限元分析和低温试验,其结果和公式进行了对比。结果表明,CTOD值随着温度降低而减小,温度对CTOD的影响程度与裂纹尖端的塑性发展程度有关。

用裂纹张开位移评价HDPE燃气管材的断裂特性

以裂纹张开位移的特征值参量为基础,对我国燃气工业中应用的高密度聚乙烯(HDPE)管材的断裂特性进行了研究。结果表明,环境温度及管道施工所需的焊接热过程均对HDPE材料的断裂特性有一定的影响,断口分析也有同样的规律。该结果对HDPE管材的普及应用及其使用的安全性具有重要的意义。

裂纹尖端张开位移试验在导管架建造中的应用

介绍了裂纹尖端张开位移(简称CTOD)试验方法,并按照英国BS7448规范,用CTOD试验技术,测试了板厚为90 mm的海洋平台导管架焊接接头的韧度,对三项焊接工艺进行了评定.结果表明三项焊接工艺的所有焊态焊接接头(包括焊缝和热影响区)试样的特征CTOD值,都大于设计规格书的要求.所评定的三项焊接工艺可以直接用于海洋平台导管架建造,焊后允许不进行热处理.

准静载作用下弹塑性微弯裂纹张开位移

综合考虑了准静态作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了弯曲裂纹尖端的张开位移。研究了在不同的准静载荷条件下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端张开位移随着弯曲裂纹形状参数的变化而变化的规律。研究表明,当初始裂纹长度与弯曲路径的形状参数为定值时,弯曲延伸裂纹尖端张开位移大小随外载荷的增大而增大,且增加的趋势非常剧烈。

电子束焊GH4169合金高温裂纹尖端张开位移试验

根据国标GB/T2358-94,对GH4169合金电子束焊接接头的高温(650℃)裂纹尖端张开位移(CTOD)进行了测试。取SE(B)试样进行三点弯曲试验,然后由所得到的650℃下母材和焊缝的P-V曲线来计算CTOD值,并对试验结果进行了讨论和总结。

裂纹尖端张开角及在输气管线止裂预测中的应用

介绍了一种近年来新发展的输气管线断裂控制参量———裂纹尖端张开角 (CTOA)的计算模型及方法。国际上计算输气管线动态断裂与止裂的PFRAC软件中视裂纹扩展速度为常数。针对这一问题 ,利用Alliance管线的实物爆破试验结果 ,通过分析和模拟提出了一种新的输气管线裂纹扩展速度的衰减模式 ,并引入到PFRAC计算程序中。采用改进的计算方法和程序 ,结合西气东输管线 ,研究了CTOA与止裂长度的关系 ,分析了输送压力、管材壁厚等因素对西气东输管线动态断裂及止裂的影响。

X70管道钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X70管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从获得的照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。试验结果表明:试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4mm、8mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.6°、11.3°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在4―25、4―10之间。

2219铝合金搅拌摩擦焊接头裂纹尖端张开位移(CTOD)试验研究

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头各区域的断裂性能,分析了搅拌摩擦焊接头组织结构对接头断裂性能的影响.研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,但接头各区域韧性分布呈现明显的不均匀性,焊核区断裂韧性最好,热机影响区和热影响区次之,但均高于母材的断裂韧性.

裂纹表面承受均布载荷时的应力强度因子及裂纹张开位移的边界配位法

本文针对裂纹表面承受载荷时的应力条件，提出了新的应力函数，对于各种裂纹模型、各种边界条件、各种边界形状、裂纹表面自由或承受均布载荷等均适用。并利用边界配位法，计算了裂纹表面承受均布载荷时的方型板内中心裂纹的应力强度因子（ＳＩＦ）及裂纹的张开位移（ＣＯＤ）。

X100直缝埋弧焊管断裂韧性的裂纹尖端张开位移试验研究

为了检验X100直缝埋弧焊管的断裂韧性,采用三点弯曲多试样法,在室温、-10℃和-30℃下对该焊管的母材、热影响区和焊缝部位进行了裂纹尖端张开位移(CTOD)试验.测试结果表明:在同一温度下,CTOD试验的表观启裂值δ0.05、条件启裂值δi和最大载荷值δm的分布规律为母材最好,焊缝次之,热影响区最差;采用裂纹扩展阻力和撕裂模量表征的分布规律为母材最好,热影响区次之,焊缝最差;焊接热影响区组织中含有大量呈块状分布的铁素体,而粒状贝氏体等增强相的含量较少,这会造成其韧性下降,使焊管出现局部失稳现象.

用裂纹张开位移全场拟合法求应力强度因子-边裂纹问题

从一组给定的裂纹张开位移 (COD)资料求应力强度因子 (SIF)的好方法应具有以下特征 :( 1)这个方法应最大限度地利用已知的COD信息 ;( 2 )数值计算只包含位移量 ;( 3)后处理简单 ;( 4 )所得到的SIF的误差可由COD资料本身的误差来估计 .该文将求内裂纹SIF的COD全场拟合法扩充应用到边裂纹问题 ,该方法具有上述优点 .对几种典型的边裂纹用边界元法得到的COD资料 ,用这种方法得到了可靠性高、一致性好的SIF 。

铸铁黏聚裂纹的张开位移与应力分布

对于含缺陷材料结构的强度,以裂纹为主要特征的断裂力学是其力学行为分析的有效途径,裂纹扩展过程区能被简化成具有黏聚力的裂纹段。为探讨带切口的铸铁裂纹发展规律及黏聚裂纹张开位移与黏聚应力的本构关系,对8种不同切口尺寸的铸铁梁进行三点弯曲加载实验,通过应变计电测跟踪测试,得到预制裂纹端部的张开位移随载荷变化曲线。由确定黏聚裂纹张开位移与黏聚应力分布的解析方法,计算得到该材料黏聚裂纹张开位移及与应力的本构关系。计算预制裂纹尖端张开位移与应变计测试结果基本符合。