高压输气钢管落锤撕裂试验分析

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1、第一章绪论而断裂的扩展速度也就越低。”1。图l一3所示为日本NKK得到的全尺寸部分气体爆破试验中的断裂速度和落锤撕裂试验获得的剪切面积百分数(SA)之问的关系，两者亦为线性关系㈣。∞一15酞纂蠢50O)沁¨8000图卜2全尺寸爆破试验断裂时间与DWTT冲击能量的关系图稻＼世=}茸{●划蚓旃当DW

2、I％S．A图1_3全尺寸部分气体爆破试验断裂速度与DRTT剪切面积百分数的关系图近二十年来的研究工作表明，就高韧性钢而言，基于DwTT试验的结果比CVN试验更加准确㈣。DwTT实验的锤击速度虽然也低于全尺寸实验裂纹的扩展速度

3、，但与CVN试验相比，DWTT的锤击速度更接近于真实状态。-Z9'1-，DWTT采用全厚度试样，因而完全剪切撕裂破坏可以像全尺i十断裂行为那样得到充分发展，因此DWTT实验成为测量裂纹扩展时有效能量的更好方法。同时DWTT试样比CVN试样宽，因此，可采用预开裂试件和双V形槽试件及其他方法消除起裂功㈨。西安石油大学硕士学位论文l。3．4基于裂纹尖端张开角的止裂预测法裂纹尖端张开角(CTOA)是一个断裂力学参量，在裂纹稳态扩展阶段，CTOA达到临界值而保持恒定不变。对于钢制管道，用CTOA表征其断裂韧性可能得到最为近似的

4、材料断裂特征[2z,23]，因而被认为可以替代基于夏比冲击试验的止裂韧性预测，是一具有发展前途的止裂研究方向，其部分研究成果已应用于工程实际[24,25,26j。测定CTOA的常用方法是双试样法，取具有不同缺口长度(断裂韧带)的试样，用CVN或DwTT冲击实验，由裂纹扩展时测量到的能量推断裂纹张丌角。广泛的双参数测试证明裂纹扩展能量与试件的缺口长度呈线性关系‘2”，晚明裂纹尖端张开角可以作为材料止裂性能指标。裂纹尖端张开角(CTOA)定义如下：cTOA：2arctan(三lim竺)(1-】)2∞一o△a式中，6。为裂

5、纹尖端张开位移，△a为裂纹扩展量。CTOA判据是通过计算裂纹扩展过程中每一时刻的最大裂纹尖端张开角CTOA。。大小，并与材料的临界裂纹尖端张开角(CTOA)c进行比较来判断管道裂纹是继续扩展还是止裂：(CTOA)。。≥(CTOA)c裂纹扩展(1-2)(CrOA)⋯<(cTOA)c裂纹止裂(1-3)该式可以作为与能量判据等价的公式来评价压力管道裂纹的扩展和止裂。(CTOA)。。、是裂纹扩展的驱动力，是管道裂纹延性扩展中最大的裂纹尖端展角，可采用弹塑性有限元方法进行计算。另外还可以采用下面的经验公式：(CTOA)～=c(

6、训艄詈)9m。，式中：oh一初始管道压力下的环向应力，MPa；o。一管道材料的屈服强度，MPa：E一材料的杨氏模量，MPa；D一管道直径，mm；h一管道壁厚，rnlil：C、m、n和q均为无量纲量，C=106，m=O753，n=0．778，q=065(CTOA)c是裂纹扩展的阻力，即代表材料的止裂韧性，可以通过摄像机从实物裂纹扩展照片上观测得到，也可同CVN或DWTT试验建立联系。Wilkowski分别建立了基于CVN和DWTT吸收功的(CTOA)c测定方法。对于cvN试验，嗍／b式(CrOA)。：卫堕．导(1-5)

7、第一章绪论式中：C。一夏比吸收能，J；(3-od一利料的动态屈服应力，MPa；A一断口面积，mm2。列于DwTT试验，较常用的是双试件DwTT法。美国西南研究院发展了这一模型，通过试验测得缺口长度分别为a1和。2的DWTT试样的吸收能局(J)以及相应的断口面积爿(mm2)，就可以直接得至I](CTOA)，f28J：㈣舾·k㈣。一m。，】(cro日。：——尘华—型剑(1．6)式中：∥一DWTT试样宽度，rnlTl；G。d一材料的动态屈服应力，MPa。通过比较上述延性止裂韧性预测方法，结果表明：全尺寸爆破试验结果精确但代

8、价昂贵，在进行管线设计时，若该管道的设计参数未超出国际上业已经过全尺寸止裂爆破实验验证的数据范围，就可以利用经过验证的预测模型和修正系数来确定管道所需的止裂韧性。而对高韧性管材而言，采用夏比冲击功来评价延性止裂韧性已经出现偏差，而基于DwTT试验得到的冲击能量相比较而言更为准确。另外，CTOA法是一具有发展前途的止裂判据，而该方法测定(CTOA)c也需进行DWTT试验。目前，管线钢较DwTT试验方法首次作为API标准时具有更高的强度和更高的韧性。当压制缺口DwTT试样用于这些高强度高韧性管线钢时，经常出现异常断El。

9、根据APIRP5L3的试验标准、我国国家标准GB8363及我国石油天然气行业标准SY／T6476．2000的规定，DwTT试验的有效试样是指整个断裂面呈现出延性断裂的试样或缺El根部呈现解理断裂的试样。若试样缺口根部的断裂为延性断裂接着转化为解理断裂，该试样判定为无效试样，其断口称为异常断口[29,30,31]oAPIRP5L3、GB8363及