【摘要】：目前石油天然氣等能源日益匱乏,很多化石資源的開采也越來越困難,且由于石油、天然氣的開采多是高壓環(huán)境下的進行,對設備及相關的技術手段要求也逐漸提高,除了增加相關尺寸的傳統方法,越來越多的工程中開始引入自增強處理技術,這種技術主要是在設備內腔施加高壓,使其內壁產生有利的殘余應力,與工作壓力產生的應力相疊加后,降低設備整體的應力水平,從而延長使用壽命。但因為構件會因為加工或熱處理手段等產生裂紋,這樣自增強處理的效果就會受到影響,特別是影響裂紋尖端的應力分布。故在斷裂力學的基礎上,以假設存在初始裂紋的構件為研究對象,通過數值分析的方法研究自增強處理對含裂紋構件應力分布及相關斷裂參數的影響,以此評估不同因素對裂紋起裂的影響效果,對該領域的研究具有重要意義。論文的研究對象為含有表面橢圓裂紋的超高壓泵頭體,但考慮到其內腔的復雜性,以及其內腔裂紋區(qū)域與厚壁筒相似,從理論角度分析相關參數時,將其簡化成一定厚度的筒體模型,推導了包括自增強技術處理后筒體的殘余應力和應力強度因子的表達式。并結合數值分析方法,研究計算了不同裂紋尺寸、所處位置以及自增強壓力下的泵頭體裂尖應力分布情況和相關的斷裂參數值,判斷這些結果對裂紋的影響情況。研究發(fā)現自增強處理大大降低了裂紋前緣的應力,對抑制裂紋的起裂有積極作用,從而達到延長使用壽命的目的,且經過定量分析計算得:相貫線處裂紋長短比例不變時,裂尖應力隨裂紋長度的減小而減小;隨裂紋長短軸比例的增大先減小后增大,取a/c=1.4時應力最小,且該比例大于1時,吸入腔面裂尖應力較大,小于1時,柱塞腔面更危險,且比較得自增強處理對遠離內腔面處裂尖應力影響較大,這與裂紋的曲率變化有關;自增強壓力越大,阻止裂尖擴展的切應力變大,但裂尖最大應力變化不大;在吸入腔面的裂紋前緣應力隨a/c增大而減小,且尺寸變化對最大應力值的影響較大;未經處理的相貫線裂紋應力強度因子求解結果表明,I型占主導,且吸入腔裂尖應力強度因子較大,較易開裂;比較經處理的泵頭體在壓力和裂紋尺寸變化時的裂尖J積分值有,其值隨a/c增大先減小后增大,隨處理壓力增大而減小,在最小值,即遠離內腔表面的裂尖處,自增強處理對抑制裂紋的起裂影響最有效。
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE934.2

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本文編號：2550782