X80管線鋼韌性斷裂研究與有限元模擬.pdf

1、西氣東輸工程是我國石油天然氣工業(yè)的里程碑，其管道安全是與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、人民生命安全密切相關(guān)的重大問題。西氣東輸工程的設(shè)計(jì)思想采用的是夏比沖擊功和DWTT斷面纖維率控制方法，而作為衡量材料韌性斷裂指標(biāo)的JIC和CTOD因X80鋼具有高韌性而導(dǎo)致測(cè)試無效，而廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)斷裂失效評(píng)定圖存在參數(shù)確定問題。本文主要針對(duì)TMCP工藝生產(chǎn)的X80鋼，采用具有物理意義的細(xì)觀孔洞擴(kuò)展模型來描述其韌性斷裂特性，尋找表征X80鋼韌性斷裂的可靠方法。

2、>　　 應(yīng)用不同頸縮程度的拉伸試驗(yàn)，通過金相觀察和微細(xì)觀測(cè)量，探明了X80鋼中孔洞萌生的機(jī)理，第一階段孔洞的形核是圍繞鈣處理硫化物，在頸縮初期即開始了；第二階段屬高應(yīng)變量階段，此時(shí)孔洞是通過MA 島/基體界面脫離形核。測(cè)定了鈣處理硫化物/基體界面強(qiáng)度和MA島/基體界面強(qiáng)度。
　　 結(jié)合裂紋體斷口觀察，建立了體胞模型，對(duì)X80鋼孔洞擴(kuò)張進(jìn)行了數(shù)值分析，對(duì)比分析了細(xì)觀損傷理論中RT模型、Gurson模型、GTN模型和王自強(qiáng)模型的適

3、用范圍，獲得了不同應(yīng)力狀態(tài)下孔洞擴(kuò)張演化規(guī)律。針對(duì)先期形核孔洞聚合階段的特點(diǎn)，分析了MA島形核的可能性。體胞分析結(jié)果說明，在應(yīng)力三軸度高于2時(shí)，完全可以不用考慮MA島/基體界面脫離形核孔洞對(duì)斷裂過程的影響。而在低應(yīng)力三軸度（小于等于1）下，存在MA島/基體界面脫離的條件，由于MA島的含量遠(yuǎn)大于鈣處理硫化物的含量，因此充分考慮二次形核對(duì)斷裂過程的作用是十分必要的。
　　 當(dāng)夾雜物形態(tài)趨于球化，在不同應(yīng)力狀態(tài)，不同應(yīng)力三軸度下，對(duì)應(yīng)

4、的體胞承載能力接近一致；而扁平橢球體孔洞則顯示了較低的承載能力。微孔洞密度增加，導(dǎo)致孔洞擴(kuò)張加快，降低材料的韌性。
　　 考慮斷裂過程區(qū)應(yīng)力狀態(tài)分布特點(diǎn)，有限元模擬得到與試驗(yàn)極其近似的裂紋擴(kuò)展形貌，并獲得了與試驗(yàn)記錄的載荷-位移曲線高度吻合的預(yù)測(cè)曲線，使微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的聯(lián)系有了真實(shí)的物理基礎(chǔ)，提高了數(shù)值分析的可靠度。通過區(qū)域積分方法，獲得了表征X80韌性斷裂的特征值。
　　 測(cè)定了X80鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率，采用有