【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(jìn)行,對(duì)設(shè)備及相關(guān)的技術(shù)手段要求也逐漸提高,除了增加相關(guān)尺寸的傳統(tǒng)方法,越來越多的工程中開始引入自增強(qiáng)處理技術(shù),這種技術(shù)主要是在設(shè)備內(nèi)腔施加高壓,使其內(nèi)壁產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)力,與工作壓力產(chǎn)生的應(yīng)力相疊加后,降低設(shè)備整體的應(yīng)力水平,從而延長(zhǎng)使用壽命。但因?yàn)闃?gòu)件會(huì)因?yàn)榧庸せ驘崽幚硎侄蔚犬a(chǎn)生裂紋,這樣自增強(qiáng)處理的效果就會(huì)受到影響,特別是影響裂紋尖端的應(yīng)力分布。故在斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上,以假設(shè)存在初始裂紋的構(gòu)件為研究對(duì)象,通過數(shù)值分析的方法研究自增強(qiáng)處理對(duì)含裂紋構(gòu)件應(yīng)力分布及相關(guān)斷裂參數(shù)的影響,以此評(píng)估不同因素對(duì)裂紋起裂的影響效果,對(duì)該領(lǐng)域的研究具有重要意義。論文的研究對(duì)象為含有表面橢圓裂紋的超高壓泵頭體,但考慮到其內(nèi)腔的復(fù)雜性,以及其內(nèi)腔裂紋區(qū)域與厚壁筒相似,從理論角度分析相關(guān)參數(shù)時(shí),將其簡(jiǎn)化成一定厚度的筒體模型,推導(dǎo)了包括自增強(qiáng)技術(shù)處理后筒體的殘余應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度因子的表達(dá)式。并結(jié)合數(shù)值分析方法,研究計(jì)算了不同裂紋尺寸、所處位置以及自增強(qiáng)壓力下的泵頭體裂尖應(yīng)力分布情況和相關(guān)的斷裂參數(shù)值,判斷這些結(jié)果對(duì)裂紋的影響情況。研究發(fā)現(xiàn)自增強(qiáng)處理大大降低了裂紋前緣的應(yīng)力,對(duì)抑制裂紋的起裂有積極作用,從而達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的,且經(jīng)過定量分析計(jì)算得:相貫線處裂紋長(zhǎng)短比例不變時(shí),裂尖應(yīng)力隨裂紋長(zhǎng)度的減小而減小;隨裂紋長(zhǎng)短軸比例的增大先減小后增大,取a/c=1.4時(shí)應(yīng)力最小,且該比例大于1時(shí),吸入腔面裂尖應(yīng)力較大,小于1時(shí),柱塞腔面更危險(xiǎn),且比較得自增強(qiáng)處理對(duì)遠(yuǎn)離內(nèi)腔面處裂尖應(yīng)力影響較大,這與裂紋的曲率變化有關(guān);自增強(qiáng)壓力越大,阻止裂尖擴(kuò)展的切應(yīng)力變大,但裂尖最大應(yīng)力變化不大;在吸入腔面的裂紋前緣應(yīng)力隨a/c增大而減小,且尺寸變化對(duì)最大應(yīng)力值的影響較大;未經(jīng)處理的相貫線裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子求解結(jié)果表明,I型占主導(dǎo),且吸入腔裂尖應(yīng)力強(qiáng)度因子較大,較易開裂;比較經(jīng)處理的泵頭體在壓力和裂紋尺寸變化時(shí)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(yuǎn)離內(nèi)腔表面的裂尖處,自增強(qiáng)處理對(duì)抑制裂紋的起裂影響最有效。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE934.2

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