氢致微裂纹应力腐蚀损伤管道的寿命预测

管道的断裂损坏常常始于微裂纹,研究微裂纹的形成原因、分布情况、扩展规律、扩展速率和影响因素等对于管道的寿命预测有重要的参考价值。基于损伤力学原理分析了管道应力腐蚀损伤演化模型,根据微裂纹扩张的位能和动能计算式以及能量守恒原理,推导得出氢致微裂纹扩展速率与管道剩余寿命的关系:微裂纹扩展速率与氢压有关,随着氢压的增大而增大。结合实例计算了管输介质H2S和CO2含量对管道剩余寿命的影响规律,结果表明:当管道中同时存在CO2和H2S时,管道腐蚀加剧;当输送压力和其他参数不变时,随着H2S和CO2含量增加,管道剩余寿命逐渐减小。     

在HIC环境下管道断裂模式与承压能力评价

研究了管道裂纹尖端过程区氢浓度与裂尖应力、应变场、氢扩散及管道内压力的关系,确定了氢致裂纹过程区的长度;依据微裂纹成核的开裂机理,提出了氢致开裂断裂判据的位错模型,并分析材料-环境体系的影响,在此基础上研究了含裂纹管道极限承压能力和临界J积分JISCC,对含平面型裂纹管道的安全运行具有重要意义.     

在HIC环境下管道断裂模式与承压能力评价

研究了管道裂纹尖端过程区氢浓度与裂尖应力、应变场、氢扩散及管道内压力的关系，确定了氢致裂纹过程区的长度；依据微裂纹成核的开裂机理，提出了氢致开裂断裂判据的位错模型，并分析材料一环境体系的影响，在此基础上研究了含裂纹管道极限承压能力和临界J积分JISCC，对含平面型裂纹管道的安全运行具有重要意义。     

基于压电陶瓷传感器的管道损伤识别

为研究外荷载冲击作用下管道裂纹损伤的识别方法,以自制的落球控制装置对空管和充水埋土管道2种不同服役工况下的健康管道、单损伤管道以及多损伤管道进行荷载冲击试验.利用压电陶瓷传感器拾取外荷载冲击不同损伤工况下的空管以及充水埋土管道所产生的应力波信号,先以小波包能量公式分别健康与损伤管道上传感器监测信号的能量,再根据均方根偏差计算得到损伤指数,基于损伤指数变化进行管道损伤识别可行性研究.结果表明,空管损伤指数随着传感器至损伤距离的增大而减小,同时损伤识别的灵敏度也随之降低,空管的损伤指数随着损伤轴向宽度的增大而增加;以损伤指数为判定指标,不仅能有效定位空管单个裂纹损伤和多个裂纹损伤的存在和存在位置,还能有效识别裂纹损伤的严重程度;改变管道的服役工况,基于该指标仍能实现不同服役工况下管道单损伤与多损伤的存在位置及损伤严重程度的识别.以损伤指数为指标来进行管道损伤识别的方法切实可行且具有普遍性.该研究成果为服役管道的健康监测提供了重要参考.     

基于使用寿命模型的含裂纹钢制管道剩余寿命计算

为研究带有裂纹损伤管道剩余寿命的计算方法,针对正常使用环境下的钢制管道提出了同时考虑变形和承载力要求的含裂纹管道的使用寿命模型,该模型包括2个阶段,即裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段。对裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段分别采取局部应力应变状态方法和弹塑性断裂力学裂纹扩展理论方法进行分析,推导出管道在2个阶段剩余寿命的计算方法。在此基础上综合考虑环境以及平均应力对裂纹扩展速率的影响,根据安全系数法的原则,讨论了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算问题,给出了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算公式,为工程实践提供了理论依据。     

高钢级管道环焊缝应变能力评价

为了评价高钢级管道环焊缝的应变能力,建立了基于材料损伤理论的管道环焊缝有限元模型。通过优化裂纹尖端网格尺寸,准确模拟了裂纹尖端的应力分布及撕裂过程。采用屈服强度和均匀延伸率表征高钢级管道的材料特性,计算并分析了管道环焊缝的裂纹驱动力曲线,建立了裂纹扩展失稳准则和材料断裂韧性准则两种失效判据,研究了管道材料性能、裂纹长度及内压对裂纹驱动力的影响,定量分析了这些影响因素与管道应变能力之间的关系。结果表明:较之内压,裂纹长度对管道应变能力影响较大,材料均匀延伸率较屈服强度对管道的应变能力影响更大。针对基于应变设计的管道,建议对环焊缝提出均匀延伸率等塑性容量指标的要求,从而更好地为基于应变的高钢级管道的设计和评价提供技术依据。     

输气管道裂纹动态扩展的数值模拟

作为输气管道止裂控制的重要依据,必须要求其裂纹驱动力小于管道材料的断裂韧性,在这种情况下进行裂纹动态扩展的数值模拟就显得非常重要.建立了输气管道裂纹动态扩展的有限元模型,用弹塑性、大位移四边形的壳体单元离散管道.裂纹尖端后面的气体压力简化为指数衰减模式.裂纹的开裂采用节点力释放方法来模拟,即根据裂纹扩展速度,依次解除裂纹尖端的节点连接.裂纹驱动力用能量释放率G和裂纹尖端张开角CTOA两个断裂力学参量表示.分析了裂纹驱动力随内压的变化规律.提出的计算模型可为输气管道的止裂设计提供分析工具.     

弥散型腐蚀管道氢致微裂纹扩展的有限元分析

研究了弥散型缺陷管道氢致微裂纹扩展规律、裂纹扩展速率和裂纹扩展影响因素。利用ANSYS有限元分析软件,模拟了损伤管道微裂纹的扩展过程。结果表明:对于管道的弥散型腐蚀,管道内壁腐蚀最严重,由管道内壁向外腐蚀逐渐减弱。对弥散型腐蚀管道微裂纹扩展的有限元分析,可为腐蚀损伤管道的剩余强度和寿命评价提供技术支持。     

管道轴向穿透裂纹尖端应力强度因子数值模拟

裂纹是管道中常见的缺陷形式,其应力强度因子是开展管道安全性评价的重要依据。为了准确获得管道中裂纹的应力强度因子,采用1/4节点法建立了求解长输管道轴向穿透裂纹应力强度因子的有限元模型,并将有限元法和解析法求得的应力强度因子进行对比,验证了新建模型的可靠性。分析了内压、裂纹长度、内径以及厚径比对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时探究了沿壁厚方向应力强度因子的变化规律。结果表明:内压、裂纹长度的增加,将会导致应力强度因子增大;内径、厚径比的增大,则会使应力强度因子减小,且当内径超过500 mm时,应力强度因子不再随着直径的增加而发生变化;管道外壁处应力强度因子始终高于内壁处,随着内压的增加,裂纹将从管道外壁启裂。采用1/4节点法计算裂纹尖端的应力强度因子,其操作方便、计算精度高,可为开展长输管道的安全评价工作提供参考。(图10,表6,参24)     

腐蚀管道剩余寿命的性能衰减模型研究

管道在长期的运行过程中，由于介质和土壤的腐蚀性，管材的微塑性变形、结构转变和渗氢等。不仅会使管道出现各种腐蚀损伤，而且还存在着老化效应和氢化作用，导致管材的脆变并改变材料的塑性，使机械性质参数发生衰退，从管材性能衰减和腐蚀损伤角度研究了管道的剩余寿命，提出了根据结构承载能力的极限值确定塑性变形时工作寿命的方法，为了确定剩余使用寿命，对剪切损伤率和屈服性能比等概念进行定义，在掌握管材金属剪切损害率和屈服性能比的时间特性基础上，建立了剩余寿命计算模型。并给出了算例。     

高含硫管道氢致开裂的分形效应及扩展速率计算

氢致开裂是高含硫气田集输管网、长输管网管线钢失效的主要模式之一,为明确管道氢致开裂的机理与过程,对其开裂模式进行了研究。对氢质量浓度在金属裂尖扩展过程中的变化规律进行分析,考虑分形效应的影响,对氢致裂纹的动力学模型进行修正,提出了氢致裂纹扩展的直裂纹-剪切带分形模型:在Gerberich对氢致开裂研究的基础上,基于裂尖的氢化作用与裂纹扩展过程中存在的耦合因素,将断裂过程区的形状与裂纹的扩展长度进行结合,构建了氢致开裂裂纹扩展各阶段分形速率的表达式,得到了更为合理的基于分形效应的氢致开裂数学模型。以材质为16Mn和20钢的天然气管道为例,分别计算了母材与焊缝处的氢致裂纹扩展速率,对比得出两种材料抗H2S的性能,研究结果对于高含硫管道材料的选择具有一定指导意义。     

苹果褐斑病潜育动态

【目的】褐斑病是导致苹果早期落叶的主要病害。研究旨在通过调查褐斑病的流行规律,为制定综合防治方案提供理论依据。【方法】2011和2012年,将褐斑病菌（Diplocarpon mali）分生孢子悬浮液分4-6次喷雾接种于富士苹果各龄期的叶片,接种后观测记录每个接种叶片第1个病斑出现的时间,每3 d观测一次,依此计算褐斑病在富士叶片上的平均潜育期、最短潜育期和显症历期。接种期间用全自动气象站,每30 min记录接种苹果树附近的气温、降雨量和相对湿度。【结果】苹果褐斑病在富士苹果叶片上的平均潜育期23.8 d;最短潜育期为8-20 d,平均为13.6 d;显症历期为12-54 d,平均为31.3 d。在显症历期内,不同的时期显症病斑数不同。6、7月份接种叶片比8月份接种叶片的最短潜育期和显症历期长。防雨棚内培育叶片的最短潜育期和显症历期长于自然条件下培育的叶片的最短潜育期和显症历期。苹果褐斑病在基部老龄叶片上潜育期短,在代谢旺盛的梢部叶片上潜育期长。苹果生长前期（6、7月份）接种叶片的潜育期显著的长于生长后期（8、9月份）接种叶片的潜育期。【结论】苹果褐斑病的显症是一个动态的过程,其潜育时间和显症历期都相对较长。除取决于病原与寄主的组合外,苹果褐斑病潜育时间和显症历期的长短主要受叶片龄期、衰老程度和生理状态,即叶片抗病性的影响。6-9月份是苹果褐斑病的主要发病期,在此期间气温对褐斑病潜育期的影响不大,而降雨和高湿能促进病斑显症。在褐斑病菌侵染后的15 d,甚至20 d内,使用内吸治疗性杀菌剂能抑制绝大部分潜育期病斑发病。     

低合金Cr-Mo钢的氢腐蚀低频疲劳特性

应用弹塑性断裂力学,研究了低合金Ｃｒ－Ｍｏ钢的氢腐蚀低频疲劳和纯机械疲劳特性,并对裂纹的扩展速度进行了计算．结果表明,氢腐蚀加快了低合金Ｃｒ－Ｍｏ钢低频疲劳的扩展速度。     

一种测定土壤反硝化酶的改进方法

介绍了一种新的测定土壤反硝化酶的装置,使土壤反硝化酶(硝酸还原酶、亚硝酸还原酶)的测定更加简便、灵敏、准确。对3种不同质地的土壤从影响土壤反硝化酶活性的3种关键因素:培养时间、称样量和真空度方面进行了研究。结果表明,土壤反硝化酶的最佳培养时间为24—27h,称样量与真空度因酶而异。     

基于高光谱成像和卷积神经网络的‘库尔勒’香梨黑斑病潜育期诊断研究

黑斑病是‘库尔勒’香梨贮藏期的易染病害之一,在潜育期外观无明显变化,很难直接通过肉眼进行准确识别。本研究结合高光谱成像和卷积神经网络（CNN）,实现了‘库尔勒’香梨黑斑病潜育期的识别。获取健康和不同病害程度香梨样品的高光谱图像,提取感兴趣区域内光谱后,利用不同预处理方法对其进行处理,分别基于常规算法（最小二乘-支持向量机、K最邻近法、随机森林）和CNN建立病害识别模型。结果表明,与常规算法建模结果相比,CNN模型的识别效果最优。当卷积层数为3,全连接层数为3,学习率为0.000 5时,CNN模型的识别效果最佳,对样品的总体识别准确率为99.70%,对潜育期样品的识别准确率为99.76%,分别较常规算法提高了12和14个百分点。该结果证实CNN模型能够显著提高对‘库尔勒’香梨黑斑病潜育期识别的准确率,为‘库尔勒’香梨黑斑病的早期诊断防治提供了1种新的方法。     

光合细菌产氢研究进展

氢气是目前最常用的清洁能源,具有能量含量高和清洁燃烧的特点。制氢的方式有多种,生物制氢与传统物理和化学工艺制氢相比,是最清洁的一种方法。然而,大规模生物制氢的产氢量与产氢率往往受到各种环境等因素的限制。近年来的许多研究突破了环境因素的限制,从微生物代谢、能源来源及微生物产氢关键酶等方面有效提高了微生物产氢效率。本文总结了生物制氢的几种主要方法,详细讨论了光合细菌产氢的影响因素,并对其有效促进途径的研究进展进行了综述,以期为生物制氢领域的深入研究提供参考,为工业大规模制氢、减轻环境污染做出贡献。     

裂缝对稻田土壤溶液中氮运移的影响

采用温室中土柱培养试验方法，研究了裂缝对稻田土壤溶液中N元素动态运移规律。结果表明，青紫泥和黄斑田从开裂到稳定，土壤溶液中的硝态氮浓度随着时间的延长而降低，亚硝态氮浓度随时间而波动，而这2种氮的浓度在没有开裂的小粉土中却随着时间而呈乘幂增加。在自然干燥过程中产牛的裂缝性质对土壤溶液中的硝态氮和、亚硝态氮浓度变化有显著影响，但是对铵态氮浓度的变化没有影响。裂缝从产生到稳定的过程中，深层土壤巾的硝态氮浓度一直在减少，这样有利于减少硝态氮的下渗，减少硝态氮对地下水的污染。     

桉树无性系大径材干燥特性分析

[目的]分析桉树无性系大径材的干燥特性,并预测其干燥基准,为桉树大径材的实木利用提供科学依据.[方法]采用百度试验法研究10年生尾巨桉无性系大径材的干燥特性,根据木材干燥过程中初期开裂、内部开裂和截面变形3项干燥缺陷的发生程度,制定桉树大径材干燥基准.[结果]桉树无性系大径材初期开裂程度2级;内部开裂程度中等,为3级;截面变形严重,为4级.干燥速度为4级,干燥速度较慢,属难干木材.体积、径向和弦向干缩率较大,分别为19.656%、10.976%和9.451%;差异干缩值为0.861,属差异干缩小.根据3种缺陷的等级程度,确定桉树无性系大径材干燥基准的基本条件:初期温度50℃,初期干湿球温度差2~4℃,末期温度75℃;厚度为25~30 mm的桉树无性系木材窑干至水含率10.00%所需时间为20.75 d.[结论]截面变形是桉树无性系大径材的主要干燥缺陷,为防止其发生,在生产中应以初期温度50℃、初期干湿球温度差2~4℃、末期温度75℃为干燥基准,可根据实际情况进行适当调整.     

秸秆超临界水气化制氢的生命周期评价

以秸秆的超临界水气化制氢系统为研究对象,建立了共性的生命周期分析方法学模型和支撑数据库,对系统边界、环境影响指标、决定系统环境性的重要参数进行了探讨,同时对生物质的种植、运输、粉碎干燥和气化制氢等过程进行了分析,并计算出了各个过程的能耗及其对环境的影响。     

Molecular hydrogen as an energy source for Helicobacter pylori

The gastric pathogen Helicobacter pylori is known to be able to use molecular hydrogen as a respiratory substrate when grown in the laboratory. We found that hydrogen is available in the gastric mucosa of mice and that its use greatly increased the stomach colonization by H. pylori. Hydrogenase activity in H. pylori is constitutive but increased fivefold upon incubation with hydrogen. Hydrogen concentrations measured in the stomachs of live mice were found to be 10 to 50 times as high as the H. pylori affinity for hydrogen. A hydrogenase mutant strain is much less efficient in its colonization of mice. Therefore, hydrogen present in animals as a consequence of normal colonic flora is an energy-yielding substrate that can facilitate the maintenance of a pathogenic bacterium.