發(fā)布時間：2020-06-11 20:17

【摘要】：在超載及循環(huán)應力作用下管線裂紋的萌生及擴展是引起管線破壞最危險的形式之一。鋼管的疲勞裂紋萌生擴展及壽命是管線安全設(shè)計及運行完整性評價的重要參數(shù)。本文采用ANSYS Workbench有限元分析軟件,結(jié)合疲勞試驗數(shù)據(jù),對大應變管線鋼焊接接頭疲勞行為進行了研究,在此基礎(chǔ)上,建立管線鋼管疲勞模擬分析模型,系統(tǒng)分析了焊縫幾何尺寸對疲勞裂紋萌生位置及壽命的影響。管線鋼焊接接頭的疲勞模擬結(jié)果表明,疲勞壽命的最小位置出現(xiàn)在內(nèi)焊縫的焊趾處,其疲勞斷裂的循環(huán)周次為1.1302×10~5 N;這與疲勞試樣的試驗結(jié)果相一致,即疲勞試樣的裂紋萌生位置也在內(nèi)焊縫的焊趾處,其疲勞斷裂循環(huán)周次為1.1×10~5 N。等效交變應力分析表明,其等效交變應力最大點出現(xiàn)在內(nèi)焊縫焊趾處,疲勞裂紋萌生位置與等效應力的最大值相一致。管線鋼管焊接接頭疲勞裂紋萌生位置模擬結(jié)果與管線鋼焊接接頭的模擬結(jié)果相一致,疲勞裂紋萌生位置仍為內(nèi)焊縫的焊趾處,其疲勞壽命為1.0497×10~5 N。與管線鋼焊接接頭相比,疲勞壽命略有降低,這與鋼管三維受力狀態(tài)有關(guān)。等效應力分析結(jié)果表明,等效交變應力最大點出現(xiàn)在焊縫金屬處,略大于內(nèi)焊縫焊趾處應力。鋼管焊縫幾何尺寸對疲勞性能的模擬結(jié)果表明,疲勞壽命最低點的位置均出現(xiàn)在焊縫熔深較小一側(cè)的焊趾處,且隨著熔寬和熔深的增加,焊趾處等效交變應力減小,疲勞壽命增加。
【圖文】：

第 1 章 緒 論經(jīng)過熔化、冷卻和凝固焊接材料與部分母材材料，形成的鑄造結(jié)構(gòu)是焊縫金屬，最終形成共析鐵素體和針狀鐵素體，強度很大，硬度很高。熔合區(qū)，又稱為熔合線，是焊縫金屬與熱影響區(qū)的交界處，為熔化狀態(tài)。熔合區(qū)的晶粒比較粗大，組織性能不穩(wěn)定，較易導致裂紋和脆斷。當加熱溫度上升到 1200℃以上時，由原始組織轉(zhuǎn)化形成的奧氏體晶粒長大，在冷卻到室溫后得到晶粒粗大的過熱組織，稱之為粗晶區(qū)。此區(qū)域組織粗大，，韌性大幅度降低，容易發(fā)生斷裂，裂紋也易在此區(qū)域萌生。加熱溫度在 1200℃~Ac3范圍內(nèi)，原始組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，由于加熱速度較快，高溫停留時間較短，奧氏體組織晶粒細小，稱之為細晶區(qū)，該區(qū)域綜合性能比較良好。臨界區(qū)和亞臨界區(qū)距焊縫中心距離較遠，尤其亞臨界區(qū)，組織和母材接近，不作為本文的研究重點。

第 2 章 管線鋼焊接接頭疲勞壽命模擬研究第 2 章 管線鋼焊接接頭疲勞壽命模擬研究按照斷裂時所經(jīng)歷的循環(huán)周次的高低，將疲勞進行分類，可分為高周疲勞和低周疲勞。本文研究的是焊接接頭的高周疲勞。本章首先進行了疲勞壽命的試驗研究在此基礎(chǔ)上建立了管線鋼焊接接頭的模型，來進行疲勞壽命和裂紋萌生點位置以及等效交變應力的模擬研究。2.1 管線鋼疲勞壽命的試驗結(jié)果疲勞試驗試樣是從 Φ1219×26.4mm 的雙相大應變管線鋼管上垂直于焊縫方向切下的，圖 2-1 為 Φ1219×26.4mm 的雙相大應變管線鋼管的示意圖，其中白色部分代表焊縫，試樣垂直于其方向截取，然后將截取的部分壓平，如圖 2-2 所示。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE973.3;TG405

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本文編號：2708401