ASME规范中材料应力应变的数值化表征方法研究.pdf

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1、第53卷第3期2016年6月化工设置与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．53No．3Jun．2016·压力容器·ASME规范中材料应力应变的数值化表征方法研究魏江鹏1，钱才富1，陈朝晖2，朱国栋2，寿比南2(1．北京化工大学，北京100029；2．中国特种设备检测研究院，北京100029)摘要：介绍了ASMEVIII．2中MPC模型对材料性能的数值表征方法，采用我国材料Q345R对MPC模型中第一组数据计算结果进行验证，发现MPC模型的计算结果与我国材料Q345R试验曲线的趋势虽然基本吻合，但在高温拉伸的情况下，计算结果和试验结果之间存在一定误差，因此，应针对我国材

2、料特性研究建立符合我国标准的材料本构关系的表征方法。关键词：拉伸曲线；数值化表征；压力容器材料中图分类号：TQ050．4；TH140文献标识码：A文章编号：1009．3281(2016)03—0001—005现代国际先进压力容器标准中已将弹塑性数值分析列为压力容器强度设计的主要方法，而实现这个方法的必要条件是在标准中给出数值化的材料性能。我国的压力容器分析设计标准JB4732—1995已经使用了多年，虽然对于提高中国压力容器产品的技术水平和竞争能力起到了极大的作用，但在材料性能数值化方向的研究却刚刚起步，也没有任何标准予以规定，这严重制约了我国压力容器分析设计标准的技术水平及发展。在我国压

3、力容器标准中，建立适用我国材料的应力一应变本构关系数值表征方法，是采用弹塑性数值分析方法进行强度设计，提高我国压力容器分析设计水平的关键。材料拉伸曲线的数值化表征方法是由美国机械工程师学会在2007年首先提出。在2007版ASMEVIII．2《压力容器建造另一规则》口】强度参数部分，ASME规范采用“数学公式法”定义材料拉伸过程中真实应力一应变曲线，给出了不同材料考虑材料应变强化时的应力一应变关系的表达式，率先在国际上提出考虑材料塑性应变强化的应力一应变关系模型[2】。由于这一材料力学模型最早由美国材料性能协会(MaterialsPropertiesCouncil)提出，故简称这一模型为“

4、MPC模型”。本文将详细介绍ASMEVIII一2中提出的材料拉伸曲线数值化表征方法，并通过与我国材料Q345R拉伸试验数据对比分析，计算ASME的数值化算法中低合金钢分组的计算结果与我国材料实际试验结果之间的误差，验证ASMEVIII．2中3．D方法对我国材料的适用性，提出针对我国材料的性能表征方法的建议。1ASME标准中采用的拉伸曲线数值化方法在材料的拉伸过程中，其应力一应变并非始终遵循胡克定律所规定的线性关系，当材料的拉伸过程由弹性变形阶段进入塑性变形阶段后，其表现出的应力一应变关系将变得相对复杂Ⅲ。在MPC模型中，材料的真实应力一应变关系被定义为如公式(1)所示的数学模型，该模型表示

5、材料真实应变与真实应力的对应关系：￡。=-of‘-+M+托(1)一V式中￡f——真实应变；瓯——真实应力：E——该温度下材料的杨氏模量；y。——真实应力一应变曲线在微观应变区的真实应变；)，：——真实应力一应变曲线在宏观应变区的真实应变。公式(1)等号右边的三项分别表示真实应力一收稿日期：2016—03—28项目信息：质检公益性行业科研专项经费资助项目(201410248)。作者信息：魏江鹏(1990一)，男，山东青岛人，硕士研究生。研究方向：压力容器材料拉伸曲线的数值化表征方法。叱工设墨与一道第53卷第3期应变曲线的弹性变形阶段、微观变形阶段、宏观变形阶段的真实应变值，从而得到整个拉伸过

6、程中的反映材料塑性特点的关系式。其中，微观应变区的真实应变计算如下：M=等(1．0一tanh[H])(2)铲(暑芦(3)印揣E，。=0．002H=监‰生一K=1．5R150．5R25一R35R：巫～矾b(4)(5)(6)(7)(8)(9)式中式中s，——微观应变区的真实塑性应变；A，——真实应力应变曲线在弹性阶段的曲线拟合常数：材料低合金钢不锈钢、镍基合金双相不锈钢况淀硬化镍基合金铝铜钛和锆m。——真实应力应变曲线在比例极限处的真实应变和大应变区域的应变强化系数的拟合指数；q。——该温度下材料的工程屈服强度；氐。——旬．2％的工程偏移应变；月——屈强比：￡。——真实应力．应变曲线拟合参数(

7、见表1)；卜真实应力应变曲线的拟合参数；％。。——该温度下材料的工程抗拉强度；卜真实应力应变曲线模型的材料参数。宏观应变区真实应变计算如下：托=詈(1．0+tanh[H])(10)f盟A2洁／肛掣(12)￡2——宏观应变区的真实塑性应变；4：——真实应力应变曲线在塑性阶段的曲线拟合常数；m：——真实应力应变曲线在抗拉极限处真实应变的拟合指数(见表1)。表1应力一应变曲线参数表Table1Theparametersofst