高温下工作的含缺陷构件安全评定方法的研究开发

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高温下工作的石油化工装置含缺陷构件的失效大多是由于在蠕变条件下的裂纹扩展而造成的,而在高温蠕变条件下的裂纹扩展既不同于常温疲劳裂纹扩展也不同于常温裂纹失稳扩展,故我们需要开发一种适合于高温蠕变断裂评定的方法。鉴于以上目的本文进行了以下几方面研究: 1.在对常温、高温断裂力学基本原理进行了比较系统的综合分析的基础上,研究了这两类断裂评定的差异。在评定常温断裂时,首先考虑当前裂纹会不会扩展,即评定构件目前是否安全;如构件受到疲劳载荷的作用,则我们还应考虑由疲劳引起裂纹扩展(da/dN)_∫)的情况,即评定构件将来某一时间是否安全。在评定高温断裂时,我们先评定构件目前的安全性,接着,由于构件产生高温蠕变,随着时间的推移,蠕变应变逐渐增大,同时,裂纹尖端的塑性变形也越来越大,此时,裂纹就会扩展(da/dt),故我们要评定其在将来某个时候是否仍旧安全。如构件发生高温蠕变的同时还受到疲劳载荷的作用,则我们在评定其在将来某个时候的安全性时,应考虑由蠕变、疲劳交互作用所引起的裂纹扩展。从分析比较可知,构件的蠕变或蠕变疲劳相互作用引起的断裂评定比常温下的断裂评定要复杂的多。 2.对于高温下工作的石油化工装置常用材料,大量收集了国内外石化装置常用材料在高温下的力学性能(σ_s、σ_b、E)、断裂性能(K_IC、J_IC、δ_c)以及蠕变裂纹扩展率参数A和q、蠕变应变时间曲线、蠕变断裂应力时间曲线等数据;同时,补充做了其中几种材料的高温力学性能数据测试实验,用来验证实测值和标准值的一致性。通过整理,得到了石化装置常用材料高温性能数据集。 3.本文研究了国内外高温下工作的含缺陷构件安全评定方法,根据我国常用材料的特点和性能,编制了一套高温下工作的石油化工装置含缺陷构件安全评定方法。该方法的温度适用范围可从材料的蠕变温度一直到规范所规定的材料最高使用温度。该方法考虑了构件发生蠕变或受到蠕变疲劳相互作用时的裂纹扩展情况。在使用该评定方法时,关于如何合理划分构件剩余寿命(即如何确定步长长短)这一问题,本文提出了一种优化方法,使计算结果的收敛性和计算工作量得到了统一,既能保证尺寸的收敛精度,又能避免过多的工作量。 4.按本文编制的安全评定方法,用C语言对其具体计算过程进行了软件开发,编制了一套可供工程应用的计算软件(MACCR .1),并用算例来验证该计算软件的实用性。
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