在役含缺陷管道及其焊接頭的J積分理論和估算方法研究.pdf

1、天津大學博士學位論文在役含缺陷管道及其焊接頭的J積分理論和估算方法研究姓名：劉月麗申請學位級別：博士專業(yè)：材料加工指導教師：霍立興2000.1.1臺管道用鋼的- ，積分值的準確性和適用性。從工程意義上來說，J 積分的守恒性仍然成立。含環(huán)向穿透裂紋管道接頭的非匹配效應對J 積分影響的研究結果表明，強度匹配對，積分的影響是顯著的，對于給定的彎矩』l 厶高匹配焊接接頭有：J f l u < J 拜姑受< 』母材；低匹配焊接接頭有：

2、J w u < ，焊接接頭< J n t I t a 一般對于高匹配焊接接頭，選純母材的J 積分值偏安全；對于低匹配焊接接頭，采用全焊縫的材料性能參數來計算整個焊接接頭的J 積分值有較大的安全裕度．本文建立了含環(huán)向內表面裂紋管道的三維有限元模型，進行了彈塑性斷裂分析。在表面裂紋的中心位置J 積分有最大值，表面裂紋的中心處會最早達到斷裂韌性厶并開始起裂，因此裂紋中心處應是最危險的部位。屈服平臺長度對含表面裂紋管道J 積分的影響

3、研究結果表明，隨著屈服平臺的長度的增大，對應的裂紋中心處的J 積分值也增大。不同長度屈服平臺的有限元數值解和估算值比較表明：S C ．E N G I 和S C ．E N G 2 兩種估算方法可以給出鞍為合理的- ，積分預測值。本文首次建立了畬環(huán)向表面裂紋管道焊接接頭的三維有限元模型，進行了彈塑性斷裂分析。在純彎曲載荷作用下，無論是低匹配還是高匹配的焊接接頭，J 積分都基本保持守恒性．彎曲載荷水平對歸一化的刪0 沿裂紋前緣的無量綱距離∥目

4、的分布影響不大。J Z 0 沿裂紋前緣分布的不均勻性是導致表面裂紋擴展沿厚度方向不均勻和表面裂紋大多呈現橢圓形貌的重要原因。含環(huán)向表面裂紋管道焊接接頭的強度匹配對．，積分的影響研究結果表明，強度匹配對J 積分的影響是顯著的。因此有必要對含表面裂紋管道接頭的‘，積分估算方法進行深入地研究。本文首次對在肩部含表面裂紋的焊制三通管道建立了三維有限元模型，基于A N S Y S 軟件和虛擬裂紋擴展理論完成了彈塑性斷裂分析。對含表面裂紋三通管道外

5、壁的肩部、腹部以及主支管的環(huán)向焊接接頭處的應力應交場特點進行了分析。結果表明：在三通管道的肩部拐點處和腹部中線焊縫轉接處有較大的應力集中。分析了肩部有表面裂紋的三通管道接頭沿裂紋前緣的‘，積分分布規(guī)律·結果表明：三通管道在表面裂紋中心處的裂紋驅動力始終是最大的，但隨著內壓的增加．這種驅動力沿壁厚分布的不均勻性會運漸減弱．因此隨著材料不斷屈服。在裂紋尖端附近，裂紋驅動力將趨于均勻化．、關4 1 t e l , ．，積分 含裂紋管