【摘要】：在超載及循環(huán)應(yīng)力作用下管線裂紋的萌生及擴(kuò)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(kuò)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(yīng)變管線鋼焊接接頭疲勞行為進(jìn)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(yīng)力分析表明,其等效交變應(yīng)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(yīng)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(yīng)力分析結(jié)果表明,等效交變應(yīng)力最大點出現(xiàn)在焊縫金屬處,略大于內(nèi)焊縫焊趾處應(yīng)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(yīng)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(dǎo)致裂紋和脆斷。當(dāng)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(xì)小，稱之為細(xì)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(yuǎn)，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(jìn)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(jìn)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(jìn)行疲勞壽命和裂紋萌生點位置以及等效交變應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE973.3;TG405

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4 范U

本文編號：2708401