喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料的热疲劳行为

采用V型缺口试样对喷射沉积Al-20Si/SiCp复合材料进行了热循环试验,用光学金相显微镜和扫描电镜研究了在热应力作用下的热疲劳裂纹扩展方式和形态.结果表明:热疲劳裂纹优先在V型缺口处萌生;复合材料经一定的热循环次数后随相对密度的提高,裂纹扩展速率下降;在复合材料的三大相——α-Al基体、Si相以及SiC颗粒中,α-Al基体阻碍热疲劳裂纹的扩展,裂纹非连续性扩展;裂纹扩展方式受Si相的尺寸和分布状态控制,裂纹绕过Si颗粒向前扩展以及裂纹穿过Si颗粒向前扩展是裂纹碰到Si颗粒时常出现的两种机制;SiC颗粒与热疲劳裂纹有强烈的交互作用,加强SiC颗粒与基体的界面结合有利于提高热疲劳寿命.     

工程结构蚀坑的腐蚀疲劳裂纹起始寿命预测

为了研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质及预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。基于此,分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件主要为蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值均可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。     

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。     

环锁型盲板的破损安全设计及其断裂控制管理曲线

本文根据疲劳裂纹扩展规律并结合我国的有关安全评定规范,推导了盲板的破损安全设计基本步骤,同时把控制管理的基本思想引入断裂安全评定之中,推导了不同类型的裂纹及其大小与构件疲劳寿命之间的关系,得到了便于工程应用的断裂控制管理曲线。除盲板外,本文对一般压力容器和管道的疲劳寿命设计仍然具有指导性意义。     

机械喷丸对X80管线钢疲劳性能的影响

为了研究机械喷丸对X80管线钢疲劳性能的影响,利用气动式喷丸机对X80管线钢试样进行机械喷丸处理,对机械喷丸前后单联中心孔试样小孔两侧残余应力分布进行测试,探讨机械喷丸时间对X80管线钢疲劳寿命的影响,分析机械喷丸前后单联中心孔试样疲劳断口形貌。试验结果表明:机械喷丸后,X80管线钢表层分布高幅值残余压应力,表层残余压应力分布显著降低了疲劳裂纹扩展速率,疲劳寿命明显提高;通过扫描疲劳断口,发现未喷丸处理试样的疲劳裂纹源位于孔壁上表面的尖角处,而机械喷丸试样的裂纹源逐渐转移到强化层以内。在疲劳裂纹稳定扩展区,疲劳条带间距随着机械喷丸时间的增加而减小,说明机械喷丸有效降低了管线钢疲劳裂纹扩展速率,改善了X80管线钢的疲劳特性。     

油气输送管道疲劳寿命分析及预测

基于试验室小尺寸疲劳试样裂纹扩展速率(da/dN)试验所测得的螺旋埋弧焊管疲劳裂纹扩展数据,对管道剩余寿命进行了评估和预测,同时进行了实物钢管全尺寸疲劳试验,对预测结果进行了验证.研究结果表明,采用小尺寸疲劳试验结果对管道剩余寿命进行预测的结果与实物试验结果基本一致,虽略微保守,但从工程应用的角度讲是可行的.此外还结合实物疲劳试验分析了油气输送管道中较常见的管体表面半椭圆裂纹类缺陷的扩展规律.     

基于极大似然原理的注水管柱可靠性研究

针对油田注水管柱经常发生疲劳破坏等问题,对J55注水管柱疲劳试件进行了加工,采用单点-成组疲劳试验法,获得了J55注水管柱疲劳寿命试验数据。基于中值S-N曲线的三参数幂函数形式,根据极大似然原理,得到了测定P-S-N曲线的单点-成组试验的P-S-N曲线公式;并利用概率论与数理统计方法,为P-S-N曲线赋予置信度,提出了含置信度限的P-S-N曲线公式。通过该公式确定的P-S-N曲线能使估算出的疲劳寿命具有置信度,使由单点-成组试验法测定的P-S-N曲线估算出的寿命更安全。     

构件在随机荷载作用下的疲劳可靠度研究

本文中应用概率的中心极限定理,推导出在随机荷载作用下构件的裂纹长度和疲劳寿命的概率密度函数,并且导出了构件的疲劳可靠度函数。     

风电变桨轴承套圈应力及失效分析

某风场风力发电设备中部分变桨轴承在使用2年后轴承外圈安装孔处产生裂纹,裂纹宽度约5mm。基于赫兹接触理论建立静力学平衡模型计算了双排4点接触球轴承每个滚动体的载荷分布情况,使用有限元方法计算了在倾覆力矩的作用下套圈安装孔位置应力分布情况。结果表明,在安装孔附近螺栓松弛4颗的情况下安装孔位置的拉应力达到415.35MPa,代入ASME疲劳设计曲线得出的寿命不能满足实际工作需要,螺栓的松弛是导致套圈开裂的原因。该研究对实际变桨轴承工作有一定的指导意义。     

X52管材的疲劳裂纹扩展速率试验研究

开展了Ｘ５２薄壁管材的ｄａ／ｄＮ疲劳裂纹扩展速率的试验研究,包括试样制备,试验原理,等,得到了Ｘ５２管材母材和焊缝材料的ｄａ／ｄＮ可用于分析含裂纹管道的工作寿命。指出在分析裂纹沿管子径向扩展的工作寿命时得出的试验结果需作修正。     

晶须增强金属基复合材料疲劳短裂纹扩展速率

利用等效夹杂理论及能量释放率导出了金属基复合材料短裂纹疲劳扩展速率，公式中考虑了晶须及裂纹前端塑性区对裂纹的影响，并给出了等效裂纹长度公式。将理论结果同实验结果进行了比较，吻合得较好；分析了短裂纹扩展规律，指出晶须对裂纹扩展的作用及在裂纹越过晶须一段距离后，可以认为晶须已经失去增强作用，此时相当于无晶须的情形。     

GIS壳体焊缝缺陷的安全评定方法

针对某在役特高压电网GIS壳体焊缝发现的缺陷,引入缺陷断裂安全评定和疲劳评定方法。采用与原壳体相同的材料和焊接工艺制作的焊接试板,通过试验获得母材和焊缝试样的力学性能、疲劳裂纹扩展及断裂性能。采用GB/T 19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》中的推荐方法,对壳体纵焊缝中两个最大缺陷进行断裂评定和疲劳评估。结果表明:该GIS壳体中的两个缺陷在当前工况下是安全的,按焊接试板测试的疲劳裂纹扩展速率估算,壳体左筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为6 971次,壳体右筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为37 915次,估算的疲劳寿命还有待于实践校验。建议在运行中特别关注缺陷疲劳扩展的状态监测,约5年后应进行无损检测,并与现缺陷对比,进行安全评定。评定结果与该设备投用以来的安全运行状态相符,说明,GB/T 19624-2004的评定方法可适用于高压电网GIS壳体的安全评定。     

基于边缘检测的微小疲劳裂纹图像数据提取

根据高分辨率动态扫描电镜观察到疲劳裂纹的实际扩展过程图像的特点,结合图像处理的基本理论和方法,提出了适合于疲劳裂纹图像的二值化处理方法和基于小波疲劳裂纹图像边缘检测算法,对疲劳裂纹的瞬时扩展图像进行了数据提取。     

输油管道强度试压最高应力研究

管道试压后残存裂纹的疲劳扩展是影响管道正常使用寿命的主要因素之一。从管道缺陷的断裂特性入手，分析了试压应力对管道残存裂纹扩展寿命的影响，管道试压高应力过载峰对试压后裂纹扩展速率产生明显的延缓作用，过载峰愈高，延缓作用愈大；同时过载峰又增大了裂纹尺寸，造成管道承压能力逆转，加速裂纹扩展速率。定量分析表明，当表面裂纹的长度与深度的比值较小时，承压能力逆转量较小，对裂纹扩展速率影响不大；而裂纹尺寸较大的     

热壁加氢反应器的断裂损伤分析

针对热壁加氢反应器封头与接管连接处存在裂纹的情况,进行了产生断裂损伤原因的分析.对存在裂纹的热壁加氢反应器进行了应力计算和安全评定,对疲劳裂纹扩展寿命进行了估算,计算了其剩余寿命。分析表明,尽管热壁加氢反应器存在裂纹,似从工程角度存在安全隐患,但从理论上还可以安全使用7a多,研究结果可为指导安全生产提供可行的科学参考。     

注水管道腐蚀缺陷裂纹扩展速率的确定方法

在试验的基础上，研究了注水管道中以腐蚀为主、疲劳为辅的腐蚀缺陷裂纹扩展机理，认为腐蚀缺陷裂纹扩展主要是由印化膜开裂引起的。在此基础上，建立了腐蚀缺陷裂纹扩展率的数学模型，并提出了求解此数学模型的有效方法，以胜利油田营－11试验区某段加缓蚀剂的注水管道为例，利用腐蚀缺陷疲劳裂纹扩展数学模型预测注水管道腐蚀缺陷尺寸随时间的变化趋势，预测结果和智能检测仪的检测结果基本一致。