焊接裂纹磁记忆效应力磁耦合的数值模拟研究

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1、中文摘要随着国家能源战略的实施，一大批技术难度高、质量要求严的长输油管道和储备罐先后投入使用。由于这些特种设备结构及焊接过程的复杂性，在制造和使用过程中焊缝不可避免的会产生应力集中，诱发疲劳裂纹扩展，影响设备的安全性能和使用寿命，甚至造成重大事故。因此，确定这些设备应力集中分布和大小，对其进行早期诊断，评估其安全性能和寿命，具有重要的经济和社会意义。金属磁记忆检测技术是利用铁磁材料的逆磁致伸缩效应对铁磁材料的应力进行检测的一种新型无损检测方法。它从铁磁构件表面拾取地磁场作用下的反映应力集中情况的漏磁场信息，从而实现对铁磁构件进行早期损伤评估。本文设计了承压管道试验

2、，对各种埋深、尺寸裂纹处焊缝进行了金属磁记忆检测。随后在建立的力磁耦合模型基础上，利用ANSYS软件研究了试验承压管道焊接裂纹应力应变场及其金属磁记忆行为。有限元分析结果表明裂纹附近应力和漏磁场空间分布规律相一致，应力分布决定了漏磁场的分布。有限元应力场分析表明在裂纹尖端存在一定的应力集中，距离裂纹尖端越远，应力水平逐渐下降，最终稳定在基准应力左右；裂纹附近等效应力SEQV随压力增大变化放缓：裂纹尺寸大小对裂纹尖端应力集中情况影响不大：裂纹埋深主要影响应力集中空间分布。j漏磁有限元分析表明裂纹表面漏磁场值随压力增加而增加，弹性阶段增加显著，当裂纹尖端达到塑性变形阶

3、段时则增加极其缓慢；裂纹尺寸对表面漏磁场值影响不大，不过随尺寸增大，漏磁场先增加后减小；随裂纹埋深增加，表面漏磁场迅速减小。最后，比较了有限元分析结果和磁记忆试验检测结果，在裂纹尺寸、埋深对裂纹表面处漏磁场影响规律上磁记忆有限元分析结果与实测漏磁场信号有较好的一致性，说明借助有限元数值模拟，可以较准确地分析出焊接裂纹应力集中及其磁记忆行为。关键词：金属磁记忆；焊接裂纹；力磁耦合模型；应力场分析；漏磁场分析ABSTRACTWiththeexecutionofnationalenergystrategy,alargenumberoflong-distancegastr

4、ansportationpipelinesandstoragetanksthatrequireshi：ghtechnologyandqualityhavebeenpmintoservicesuccessively．Duetothecomplexityofstructuresandweldingprocessesofthesespecialequipments，stressconcentrationinweldingseamisaninevitableoutcomeduringtheprocessoffabricationandapplication．Thehi曲s

5、tressmayleadtotheexpansionoffatiguecracks，areductionofsecurityandequipments’servicelife，andmayevenbringaboutafatalaccident．Therefore，itissociallyandeconomicallysubstantialtopractiseearlydiagnosesandevaluatethesecurityandservicelifeofequipmentsbyascertainingthedistributionandlevelofstr

6、essconcentration．BasedOilmagnetostrietive‘effect，metalmagneticmemoryinspectingmethodwhichinvolvesdetectingstressofferromagneticmaterialisanewkindofnon-destructivetestingmethod．Itobtainsleakagefieldinformationreflectiveofstressconcentrationbeneaththesurfaceofstructureslocatedingeomagne

7、ticfield，andthenrealizestheevaluationofearlydamnificafion．Inthispaper,apressuretestWaSintroducedandametalmagneticmemoryinspectingforweldingcrackswithdifferentdimensionandpositionWaSperformed．ThentressandstrainanalysisandmagneticmemorybehaviorforweldingcrackinthepressuredpipelineWasres

8、earch