低匹配管道焊接接头的安全评定分析

《低匹配管道焊接接头的安全评定分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章绪论1．2断裂判据胁峋含裂纹构件的安全评估一直是断裂力学研究领域和工程实际中关注的热点问题。早期的工程设计已强度为主，由于低应力脆断事故的不断发生，促使人们开始研究含有宏观裂纹构件的安全性。逐渐形成了断裂力学。断裂力学的出现，促使许多部门的设计思想发生了改变，由传统的无限寿命设计变为破损安全设计和损伤容限设计。随着断裂力学的发展，裂纹尖端附近应力应变场的精确描述，建立了单参数表征的应力应变场参量，在线弹性和小范围屈服为应力强度因子K，在弹塑性状态下是裂纹张开位移(COD)和J积分。它们作为断裂判据成功的保证了工程结构的安全，为带缺陷压力管道的安全评定提供了有利手段。1．2．I线弹性断裂判

2、据线弹性断裂判据是以K准则为基础，将缺陷处的应力强度因子K1与该材料的断裂韧度K

3、c相比较，若KI>K1c，婀裂纹起裂扩展，反之，旦fj为安全。这种方法是建立在线弹性断裂力学基础之上，由于理论严密，在评价脆性材料的抗开裂性能及预测材料的寿命等方面已经得到广泛应用。但是它也存在很大的局限性，因为金属材料的裂纹尖端在断裂前总是存在一个或太或小的塑性区，塑性区的存在会阻碍裂纹的扩展。因此，只适用于裂纹在其裂纹扩展前，在裂纹尖端只有jtld,的塑性区的情形。在实际情况中，只有在高强钢厚壁容器或低温的条件下才可能出现。对于一些采用中低强度钢的焊接结构，由于钢材的韧性较好，裂纹间断的塑性变形很大，线弹性断

4、裂的行为不多，K准则不在有效。1．2．2裂纹张开位移(COD)判据采用COD准则的缺陷评定方法是以裂纹张开位移(COD)参量为基础，将缺陷处的裂纹张开位移6I和该材料的断裂韧度6Ic相比较，若6P6Ic裂纹要起裂扩展，反之则为安全。6lc的值通常使用小型三点弯试样在全面屈服条件下通过间接方法测定出来，。测量技术比较简单，在～定的条件下，测得的结果也比较稳定。COD也是一个启裂判据，只能预测裂纹的开始，而不能预测裂纹是否失第一章绪论稳扩展，且适用于塑性较好的金属材料。但是此方法至今还是一种经验方法，COD本身也不是一个直接而严密的应力应变场参量，其确切定义和直接测定还存在困难。1-2．3J积分判

5、据随着断裂力学的发展和计算机技术的日益成熟，根据J积分断裂参量而产生的计算方法，无论是在理论上还是在试验研究中都被广泛采用。以脆断为失效准则和以COD为断裂参量的评定准则，已逐渐被以J积分为断裂参量的弹塑性断裂评定规程所取代。采用J积分作为判据的缺陷评定方法是将缺陷处的J和该材料的断裂韧度Jlc相比较，若J>k裂纹要起裂扩展，反之则为安全。J积分是一个定义明确，理论严密的应力应变场参量，实验测定也比较简单可靠，J积分还具有与积分路径无关的特性，故可以避免裂纹尖端处极其复杂的应力应变场的情况。它不仅可以用于线弹性，也适用于弹塑性的断裂分析，因此采用J积分参量的评定方法与K参量和COD参量的评定方

6、法有不可比拟的优越性。1．3含缺陷结构评定方法简介随着断裂力学的出现，断裂判据的不断发展，为含缺陷结构的安全评定提供了科学依据。从本世纪70年代开始，世界各国纷纷开展了含缺陷结构评定技术研究，提供了一些工程评定方法或规范，并不断修订和完善。1．3．1以线弹性断裂理论为基础的标准‘11(1)美国ASME规范第Ⅲ卷附录G美国ASME规范(锅炉和压力容器规范)是较早的把断裂力学应用于含缺陷结构进行评定的文件之一。规范第1Ⅱ卷附录0‘‘防止脆断方法(防止非延性破坏)”，目的是用于核反应堆的设计，将线弹性断裂理论用于压力容器中形状简单、假象的表面缺陷的评定。这个规范在估算压力容器抗脆断的安全分析中迈开了

7、重要的一步，但必须看到，这种方法对许多一般压力容器，都因壁薄、材料韧性不好而不能适用。一般地说，附录G往往作为评价容器母材断裂韧性优第一章绪论劣的一种参考标准而已。(2)ASME规范第Ⅺ卷附录AASME规范第Ⅺ卷附录A“缺陷显示的分析”，主要作为评价核容器缺陷之用，是针对容器在使用期内所发现的缺陷，不用假象的缺陷，是针对容器在使用期限内检验所发现的缺陷，并将其简化后进行评定。1．3．2以COD理论为基础的标准(1)国际焊接学会IIW-X．749—74。国际焊接学会(11w)第x委员会于1970年建立“缺陷对脆断的影响”研究工作组。于1974年提出推荐标准‘t按脆斯破坏观点建议的缺陷评定方{去”

8、，是较早采用COD准则进行评定的规范。这个规范的特点是采用曲线的形式，即著名的COD设计曲线方法。该曲线的横坐标为e／e。，纵坐标为J，2≈，a，分别为无量纲化的应变和裂纹张开位移。评定时。计算出评定点的坐标，若评定点位于设计曲线之下为安全，位于设计曲线之上则为失效。评定曲线在设计的时候就已经包含了安全系数。曲线前半部分的安全系数为2，后半部分的为2．5。该曲线是一条以实验为基础的半经验设计曲线，