焊接压力管道“先漏后断”评定理论及应用研究

论文摘要

压力容器及管道是我国国民经济的大动脉,是现代工业生产中必不可少的设备,其安全与否与人民生命财产息息相关。目前我国在役压力容器和管道的安全评定方法都是建立在断裂评定基础之上,而对于压力容器和管道等承压构件来说,经常出现结构在断裂之前先发生稳定泄漏的现象。本文主要针对焊接压力管道进行了系统、全面的“先漏后断”安全评定。应用英国BS7448试验标准,建立了管线用钢API 5L X56焊缝和HAZ的J-R阻力曲线和δ-R阻力曲线,并采用国内标准GB2038-91和国际标准BS7448对试验结果进行了分析对比。结果表明:国内标准GB2038-91对钝化线和排除线的规定存在一些不合理之处,具有很大的局限性,是造成JIC测试困难的主要原因。建议参考国外标准,根据实际情况进行修改。应用国内2005年开始实施的“在用含缺陷压力容器安全评定”标准和EPRI的研究成果,对形状参量的应用范围进行外推研究裂纹扩展的稳定性;并依据SINTAP和BS7910标准中高级评定方法,对环向内表面裂纹的延性撕裂稳定性和塑性失稳稳定性进行分析,从而判断管道的失效模式。根据SINTAP标准考虑鼓胀因子等因素,推导出线弹性裂纹张开面积计算公式,并与其他线弹性计算方法进行对比。考虑到裂纹尖端附近的塑性变形对裂纹张开面积会产生一定的影响,分析了建立在弹塑性断裂力学基础上的一些解析方法如Irwin模型、Dugdale模型。利用流体有限元分析,计算实际管道焊缝处穿透裂纹的泄漏量。计算过程中分别讨论了实际流道表面粗糙度引起的流道摩擦损失、焊缝的余高、裂纹路径变化、变流道截面等因素对临界流量的影响。针对管道结构,研究了表面裂纹在循环载荷作用下的疲劳扩展过程,得到不同初始形状的表面裂纹在拉伸、弯曲载荷作用下扩展、穿透和形状演化的基本规律;并给出了表面裂纹穿透瞬间尺寸的确定方法以及得到穿透裂纹临界尺寸保守值的计算方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 先漏后断（LBB）的基本概念
• 1.3 先漏后断（LBB）准则的发展
• 1.4 先漏后断（LBB）的研究内容
• 1.5 典型的LBB分析方法
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 X56 管线钢的断裂和疲劳性能测试
• 2.1 前言
• 2.2 X56 钢力学性能试验
• 2.3 X56 钢J-R和δ-R曲线的测试
• 2.4 X56 钢疲劳裂纹扩展性能
• 2.5 本章小结
• 第三章 裂纹扩展稳定性分析
• 3.1 前言
• 3.2 裂纹延性断裂稳定性分析方法简述
• 3.3 管道环向内表面裂纹稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 裂纹张开面积的确定
• 4.1 前言
• 4.2 线弹性断裂力学方法
• 4.3 弹塑性断裂力学方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 泄漏速率的计算
• 5.1 前言
• 5.2 单相流体泄漏率
• 5.3 两相流体泄漏率
• 5.4 影响因素的分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 表面裂纹疲劳扩展特性
• 6.1 前言
• 6.2 表面裂纹穿透前的扩展特性
• 6.3 表面裂纹穿透后的扩展特性
• 6.4 确定临界裂纹尺寸
• 6.5 本章小结
• 第七章 LBB分析实例
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 发表的主要论文和科研情况
• 致谢