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成果名稱 |
韌性斷裂細(xì)觀力學(xué)在壓力容器安全技術(shù)中的應(yīng)用 | |||
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申報(bào)單位 |
名 稱 |
合肥通用機(jī)械研究所壓力容器檢驗(yàn)站 | ||
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通訊地址 |
合肥長(zhǎng)江西路888號(hào) |
郵政編碼 |
230031 | |
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聯(lián) 系 人 |
楊鐵成 |
電話（區(qū)號(hào)） |
0551-5312800-2679 | |
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電子信箱 |
gmripv@mail.hf.ah.cn |
傳真（區(qū)號(hào)） |
0551-5313745 | |
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成果完成單位 |
1.合肥通用機(jī)械研究所壓力容器檢驗(yàn)站 2.浙江大學(xué) 3.全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) | |||
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成果類型 |
新技術(shù)√ 新工藝 新方法 新設(shè)計(jì) 新產(chǎn)品 新材料 新品種 其 他 | |||
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成果水平 |
國(guó)際領(lǐng)先 國(guó)際先進(jìn)√ 國(guó)內(nèi)領(lǐng)先 國(guó)內(nèi)先進(jìn) | |||
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成果來(lái)源 |
國(guó)家計(jì)劃 省部計(jì)劃√ 其 他 | |||
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成果評(píng)價(jià)方式 |
鑒 定√ 驗(yàn) 收 專 利 其 他 | |||
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成 果 簡(jiǎn) 介 |
（主要包括：立項(xiàng)背景、成果特點(diǎn)、創(chuàng)新性，成果水平，應(yīng)用效果及推廣前景等，2000字） 壓力容器是具有泄漏和爆炸危險(xiǎn)的承壓設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鄉(xiāng)居民生活各個(gè)領(lǐng)域。一旦發(fā)生爆炸或泄漏往往并發(fā)火災(zāi)、中毒等災(zāi)難性事故，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)?yè)p失和危害，直接影響社會(huì)安定。 由于冶金、制造和使用中的各種原因，壓力容器一般都帶有各種缺陷，壓力容器發(fā)生的泄漏和爆炸事故絕大部分都是由這些缺陷處引發(fā)。世界各國(guó)有關(guān)的壓力容器技術(shù)規(guī)范都把它們分為平面缺陷和非平面缺陷兩大類，在容器的制造階段執(zhí)行以質(zhì)量控制為基礎(chǔ)的驗(yàn)收準(zhǔn)則，對(duì)在用壓力容器中的缺陷則根據(jù)合于使用的原則進(jìn)行評(píng)定，以決定予以接受、返修或報(bào)廢。 各國(guó)壓力容器缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)平面缺陷（裂紋）的評(píng)定方法都是在現(xiàn)代斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。由于對(duì)非平面復(fù)合型缺陷（裂紋）破壞還缺乏系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)非平面缺陷的規(guī)定與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)類似，帶有一定程度的主觀性。 | |||
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成 果 簡(jiǎn) 介 |
本課題采用韌性細(xì)觀斷裂力學(xué)的方法，從材料的韌性斷裂機(jī)理方面著手，在含缺陷壓力容器斷裂研究中引入韌性斷裂細(xì)觀力學(xué)的分析方法和研究成果，課題主要研究?jī)?nèi)容有： （1）關(guān)于幾種容器鋼韌性斷裂機(jī)理的研究 16MnR、BHW35、20g等容器鋼韌性斷裂包括空穴形核、擴(kuò)張和匯合的過(guò)程。Mn、S粒子常成為第一代空穴的形核源，是這些容器鋼中形核空穴的主要夾雜之一。引起材料韌性斷裂的細(xì)觀機(jī)理有兩種：空穴損傷型和剪切滑移型。在較高的應(yīng)力三軸度下，這些材料都以空穴型損傷積累至臨界狀態(tài)而發(fā)生韌窩型斷裂。在較低的應(yīng)力三軸度下，材料將發(fā)生剪切滑移型斷裂，空穴擴(kuò)張比參量不再適用。使材料斷裂機(jī)理的空穴與剪切滑移型之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的臨界應(yīng)力三軸度是一個(gè)材料常數(shù)。 （2）關(guān)于Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型韌性斷裂特點(diǎn)的研究 通過(guò)對(duì)細(xì)觀斷裂機(jī)理的研究，提出了測(cè)試Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型臨界裂尖張開位移的多剖面法和在加載過(guò)程中測(cè)試裂尖張開位移Ⅰ型分量的印痕法；對(duì)四點(diǎn)彎曲、雙軸拉伸、寬板拉伸、模擬容器爆破等多種Ⅰ-Ⅱ型試件的試驗(yàn)研究表明，Ⅰ-Ⅱ型裂紋受載后裂尖發(fā)生鈍化和張開，形成延伸區(qū)，它們的斷裂具有韌窩型和集中剪切型兩種基本模式，前者導(dǎo)源于空穴的形核和擴(kuò)張，后者起因于集中剪切滑移的形式和發(fā)展。 （3）關(guān)于Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型韌性斷裂準(zhǔn)則的研究 Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋有空穴型和剪切滑移型兩種不同的斷裂機(jī)理，其擴(kuò)展方向和起裂條件應(yīng)按斷裂機(jī)理的不同采用不同的分析方法。 裂紋的斷裂模式?jīng)Q定于裂尖區(qū)應(yīng)力三軸度的最大值Rσmax，存在一個(gè)材料常數(shù)Cσ，當(dāng)Rσmax＞Cσ時(shí)，裂紋出現(xiàn)韌窩型斷裂，當(dāng)Rσmax＜Cσ時(shí)，出現(xiàn)集中剪切型斷裂，韌窩型斷裂方向與加載早期裂尖區(qū)的Rσ峰脊線一致。在一條裂紋中有可能同時(shí)出現(xiàn)兩種基本斷裂模式，一般情況下，只有一種占主要地位，控制最后的破壞形式。 |
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成 果 簡(jiǎn) 介 |
在理想塑性材料按真實(shí)應(yīng)力產(chǎn)生塑性變形的強(qiáng)假設(shè)的基礎(chǔ)上提出了瞬時(shí)滑移線的概念。根據(jù)裂尖區(qū)的變形具有幾何自相似性的特點(diǎn)。建立了Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂尖區(qū)的自相似滑移線場(chǎng)。 （4）關(guān)于Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋的安全評(píng)定方法的建議 失效評(píng)定圖法有許多優(yōu)點(diǎn)，已為工程界廣泛接受，建立Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋的安全評(píng)定方法應(yīng)吸收失效評(píng)定圖方法的特點(diǎn)。為此，研究中將美國(guó)電力研究院（EPRI）針對(duì)遵循Ramberg-osgood硬化規(guī)律的材料對(duì)雙判據(jù)法所作的理論闡述推廣到一般的硬化材料，結(jié)合Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋韌性破壞的特點(diǎn)，提出傾斜裂紋擴(kuò)展平衡曲線方法的形式和繪制方法，并進(jìn)而按英國(guó)中央電力局（CEGB）的標(biāo)準(zhǔn)提出適用于傾斜裂紋的失效評(píng)定圖方法。 本課題在對(duì)常用壓力容器用鋼韌性斷裂細(xì)觀機(jī)理研究基礎(chǔ)上，吸收和利用韌性斷裂細(xì)觀力學(xué)的研究成果，從材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的層次上對(duì)現(xiàn)有壓力容器缺陷評(píng)定規(guī)范中韌性斷裂準(zhǔn)則進(jìn)行深入的探討，系統(tǒng)地進(jìn)行傾斜裂紋韌性斷裂試驗(yàn)和韌性斷裂準(zhǔn)則的研究，找出了傾斜裂紋尖端細(xì)觀損傷斷裂過(guò)程與宏觀特征的關(guān)系，初步解決了含缺陷壓力容器的韌性斷裂和無(wú)裂紋結(jié)構(gòu)的塑性破壞問(wèn)題，提出的建立傾斜裂紋失效評(píng)定圖的建議已被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“含缺陷壓力容器安全評(píng)定”所采納，為含傾斜裂紋的壓力容器安全分析提供了理論依據(jù)。研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 課題的部分研究成果已在中國(guó)石油化工股份有限公司等單位壓力容器缺陷評(píng)定中成功地得到應(yīng)用。 由于歷史原因，目前我國(guó)仍有相當(dāng)數(shù)量的壓力容器處在帶缺陷運(yùn)行狀態(tài)，本項(xiàng)目的研究成果將在材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的層次上對(duì)現(xiàn)有缺陷評(píng)定規(guī)范中韌性斷裂方面進(jìn)行完善，使缺陷評(píng)定的技術(shù)手段更加豐富，對(duì)于提高我國(guó)在用壓力容器運(yùn)行的安全可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，具有重要的意義，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分突出。 |