Stress-deformed state of cylindrical specimens during indirect tensile strength testing

In this study, the interaction between cylindrical specimen made ofhomogeneous, isotropic, and linearlyelastic material and loading jaws of any curvature is considered in the Brazilian test. It is assumed thatthe specimen is diametrically compressed by elliptic normal contact stresses. The frictional contactstresses between the specimen and platens are neglected. The analytical solution starts from the contactproblem of the loading jaws of any curvature and cylindrical specimen. The contact width, correspondingloading angle （2 ^0）, and elliptical stresses obtained through solution of the contact problems are used asboundary conditions for a cylindrical specimen. The problem of the theory of elasticity for a cylinder issolved using Muskhelishvili＇s method. In this method, the displacements and stresses are represented interms of two analytical functions of a complex variable. In the main approaches, the nonlinear interactionbetween the loading bearing blocks and the specimen as well as the curvature of their surfacesand the elastic parameters of their materials are taken into account. Numerical examples are solved usingMATLAB to demonstrate the influence of deformability, curvature of the specimen and platens on thedistribution of the normal contact stresses as well as on the tensile and compressive stresses actingacross the loaded diameter. Derived equations also allow calculating the modulus of elasticity, totaldeformation modulus and creep parameters of the specimen material based on the experimental data ofradial contraction of the specimen.

管道环焊缝拉伸应变容量模型分析及改进

为了确保石油天然气管线在复杂服役环境下的本质安全,探讨了目前国内外广泛应用的3种管道环焊缝拉伸应变容量模型(CSA Z662、PRCI-CRES、EXXON MOBIL),并对其参数选取范围性进行了汇总和对比分析。通过分析模型预测值和96组全尺寸管道及宽板拉伸试验数据的差异,对各拉伸应变容量模型在不同钢级下的预测精度进行了验证,并使用90%置信上限倒数法计算了模型安全系数。结果表明:由于CSA Z662模型断裂韧性取值上限过小,导致其对于中、高钢级管线的预测值过于保守;EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型更为完善,二者预测结果相似,并与试验结果较为相符。针对EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型计算所得的安全系数可以明显改善模型预测结果,可将非保守预测值最大误差控制在约30%范围内,从而有效满足较为保守的设计要求。研究结果可为管线基于应变设计提供理论指导。

拉伸载荷下含缺陷管道宽板力学响应与断裂失效试验

为探究缺陷与焊缝的相对距离和夹角对X65螺旋埋弧焊钢管失效的影响,开展宽板拉伸试验,采用三维数字图像相关法分析轴向拉伸载荷下缺陷到焊缝的距离、缺陷与焊缝的夹角对管道宽板的力学响应和断裂失效行为的影响特征.结果表明:焊缝和缺陷的存在,以及缺陷到焊缝的相对距离和夹角对管道宽板的应变变化和断裂失效行为有影响,且不同的相对距离和夹角对其抗拉强度、应变分布和断裂失效行为的影响程度不同;当缺陷与焊缝的夹角为30°且当缺陷到焊缝的距离为39 mm时,管道宽板的抗拉强度最低、裂纹萌生及断裂失效所需位移载荷最小,此时其承载能力最差,最容易断裂失效.

FRP-钢组合板本构模型研究

为探讨FRP-钢组合板的抗拉性能,文中根据复合材料混合理论,提出FRP-钢组合板应力-应变本构模型。考虑FRP与钢板不同材料用量的影响,制作4组8个FRP-钢组合板试件,进行单轴拉伸试验。通过试验得到破坏模式、荷载-位移曲线,结果表明组合板均发生FRP拉断破坏。最后推出组合板的应力-应变关系,与理论模型进行对比,二者吻合较好,表明文中提出的理论模型能较准确描述拉伸作用下组合板的本构模型,为FRP-钢组合板的设计和应用提供依据。

OD1422 mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法,结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段,进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征,利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型,对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力,获得环焊接头拉伸应变能力,并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明:当拉伸应变为0.5%时,裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力,裂纹不会发生扩展;当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时,裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等,裂纹处于临界失稳状态;当拉伸应变为4.3%时,裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展;宽板拉伸结果中,当裂纹深度低于5 mm时,失效模式均为母材颈缩;裂纹深度为9 mm时,失效模式为裂纹扩展,模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。

热影响区软化的X70管线环焊缝应变容量分析

针对一种拉伸试验断裂于热影响区附近的X70管线环焊接头,通过数值仿真和韧性试验分别获得断裂驱动力和断裂阻力曲线.在此基础上使用切线法预测该环焊接头具有较高的拉伸应变容量,与宽板拉伸试验结果一致.结果表明,与现行标准中要求焊接接头强匹配,并且拉伸试验不应断于"近缝区"的准则相比,使用延性撕裂行为进行热影响区软化环焊接头的定量分析,可以避免对材料性能的过度要求,并且能科学有效的预测环焊接头拉伸应变容量.

三跨连续曲线宽箱梁力学特性有限元分析与模型试验

基于梁格法、有限单元法以及比拟正交异性板法的基本原理,针对曲线宽箱梁特殊的截面特点,建立了一种简单实用又具有足够精度的改进梁格法,即比拟板-梁格法,并提出该方法用于梁格划分以及截面特性计算的一般方法;同时,模拟实际工程,建立曲线宽箱梁桥的传统梁格模型、比拟板-梁格模型以及精细的三维实体有限元模型,研究曲线宽箱梁在不同荷载作用下的空间受力情况及内力横向传递机制;制作三跨连续曲线宽箱梁桥的有机玻璃模型,采用静力加载的方式来测得曲梁控制截面上的应变和挠度,并提出用不均匀系数来表达曲线桥的不均匀受力;将试验结果与有限元模型的计算结果进行比较分析,验算比拟板-梁格模型的计算精度及实用性,同时得到了连续曲线宽箱梁的应力与挠度横向分布规律。结果表明:比拟板-梁格模型的计算精度高于传统梁格模型,同实体单元法相比,比拟板-梁格法的模型简单且计算方便,便于工程设计应用。

管线钢宽板拉伸试验探讨

介绍了国内外宽板拉伸试验研究的进展情况,以及管线钢宽板拉伸试验的试验过程和数据处理方式,包括缺陷的制备、试样规格及信号采集、试验结果和试验数据的处理分析,并指出了影响宽板拉伸试验过程中的关键因素。通过多年的实践认为,宽板拉伸试验应建立一套完善的测试步骤和理论分析技术,规范化、标准化宽板拉伸试验过程,确保各种测量数据和试验结果更加真实可靠,为管道设计和焊接施工提供真实可靠的数据支持,对于指导宽板拉伸试验及管道应变设计具有一定的实际意义。

单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用

介绍了单试样柔度法的基本原理,并系统对比分析了该方法在不同断裂韧性测试技术中的应用情况。单试样柔度法是利用弹性柔度技术通过1个试样得到断裂韧性阻力曲线上多个点的试验方法。单试样柔度法理论基础强,计算过程复杂,涉及到测试柔度校正、裂纹扩展尺寸计算、断裂韧性公式推导等内容。健全和完善单试样柔度技术,有利于推动各种断裂韧性测试方法的发展,有利于更加便捷、准确的获得管线钢及环焊缝的断裂韧性值,对管线钢焊接技术的发展和环焊缝性能评估具有重要意义。

10MnNiCrMoV钢宽板拉伸试验研究

本文通过对10MnNiCrMoV钢板宽板拉伸试验,研究了10MnNiCrMoV钢板在低温环境条件的防断及止裂性能。

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

采用数值模拟和宽板拉伸实验相结合的方法,研究单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为.基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸位置参数,利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型分析拉外力下的应力分布特点,研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律;设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,研究管道应变与裂纹扩展情况.结果表明:拉应力下管道宽板模型具有可靠性;随着缺陷尺寸的增大,相对长度为0.79、相对深度为45.98的缺陷对裂纹萌生影响最大.对比宽板试验发现,宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生较大影响.

基于宽板拉伸试验的Q690qE高性能桥梁钢断裂韧性研究

为研究应用于桥梁钢结构的Q690qE钢防脆断性能,以主跨408 m的汉江湾桥为背景,设计、制作Q690qE钢32 mm板厚母材、32 mm板厚焊缝、50 mm板厚母材、50 mm板厚焊缝4组试件,进行不同温度下的宽板拉伸试验,分析其断裂韧性。将宽板拉伸试验值作为断裂抗力,采用有限元法计算汉江湾桥典型受拉杆件在较不利工作应力下的断裂驱动力,评价桥梁钢结构采用Q690qE钢时的低温防脆断性能。结果表明:Q690qE钢32 mm板厚母材具有良好的低温防脆断性能,50 mm板厚母材的断裂韧性随温度降低具有明显下降趋势;在温度低于-20℃时,Q690qE钢32 mm、50 mm板厚焊缝的断裂韧性随温度降低具有下降趋势;与Q500qE钢相比,Q690qE钢母材和焊缝均具有较好的断裂韧性;汉江湾桥典型受拉杆件采用Q690qE钢时能够满足低温防脆断的要求。

试样夹具对钛合金板材室温拉伸试验曲线的影响

从大量钛合金板材室温拉伸试验中发现,如果板材试样夹具使用不当,会造成拉伸曲线异常,直接影响试验结果。为此,按照GB/T228-2002室温拉伸试验方法,分别选用规格为3.0mm和1.2mm厚的TA15以及2.5mm厚的TC4钛合金板材试样,采用打孔夹具和楔形夹具夹持试样进行室温拉伸试验,对拉伸曲线出现的异常现象进行了分析。结果表明,用打孔夹具夹持强度高达1000MPa的TA15,TC4板材试样进行拉伸试验时,将会发生连接销和试样孔接触打火、震动,孔变形而造成拉伸曲线出现异常驼峰现象,因此无法根据拉伸曲线计算出正确的屈服强度(σ0.2)。如果换用楔形夹具夹持试样进行试验,则可得到正常的拉伸曲线而不影响真实屈服强度的计算。故合理选取夹具进行试验,是获得正常拉伸曲线及真实强度值的关键因素。

基于宽板拉伸的错边环焊缝应力集中试验与模拟

应力状态是环焊缝合于使用评价的关键因素,而错边会引起环焊缝结构的不连续性,导致焊缝所受应力状态发生变化。为了探讨含错边环焊缝在外加载荷下的力学行为以及应力分布情况,通过宽板拉伸试验对含错边的环焊缝应力集中现象进行研究,建立有限元模型对其进行验证,对比了BS 7910-2013《金属结构中缺陷验收评定方法导则》和GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》推荐方法所得的计算结果。研究表明:错边会导致明显的焊缝应力集中,BS 7910-2013计算得到的应力集中系数与宽板和有限元模拟得到的结果相比保守度较为合理。含错边管道环焊缝现场缺陷合于使用评价时,推荐采用BS 7910-2013对错边进行应力集中等效处理。