雙螺栓管夾在管線(xiàn)中的低周疲勞簡(jiǎn)述

雙螺栓管夾以塑性狀態(tài)下承受靜載作用的元件，一定的峰值應(yīng)力對(duì)元件的 未必帶來(lái)很大的危險(xiǎn)。但在交變循環(huán)應(yīng)力作用下，即使塑很好的材料，在峰值應(yīng)力作用的部位， 別是大交變應(yīng)變的部位，如雙螺栓管夾、三通、彎管、大小頭、閥門(mén)、法蘭及與管子的連接處， 有可能在經(jīng)過(guò)很小的循環(huán)次數(shù)下，產(chǎn)生疲勞裂紋，隨之而來(lái)的是裂紋的擴(kuò)展， 終導(dǎo)致元件泄漏或破裂。雖然大應(yīng)變的部位只占元件上極小的范圍，但它卻影響整個(gè)管系的 運(yùn)行。

1、疲勞破壞的幾種型式

如主汽管上的儀表管及疏水管，當(dāng)設(shè)計(jì)或運(yùn)行不當(dāng)時(shí)，小管內(nèi)液位變化導(dǎo)致主汽管壁溫度的變化，溫度的變化 要引起熱脹冷縮，由于脹縮受約束， 引起交變應(yīng)力。如果應(yīng)力變化的范圍很大，雙螺栓管夾經(jīng)過(guò)一定次數(shù)后 會(huì)出現(xiàn)裂紋。這樣產(chǎn)生的裂紋通常稱(chēng)為熱疲勞。

有些元件在腐蝕介質(zhì)下工作，而且工作時(shí)應(yīng)力也是變化的。如果應(yīng)力變化很大，這種在電化學(xué)及應(yīng)力的共同作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用后出現(xiàn)裂紋。這樣雙螺栓管夾產(chǎn)生的裂紋通常稱(chēng)為腐蝕疲勞。

在常溫狀態(tài)下工作的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一周， 受到一次應(yīng)力循環(huán)。當(dāng)交變應(yīng)力較大時(shí)，經(jīng)過(guò)很多（10⁵次以上）次數(shù)后出現(xiàn)裂紋。這樣雙螺栓管夾產(chǎn)生的裂紋通常稱(chēng)為應(yīng)力疲勞。

火力發(fā)電廠(chǎng)的鍋爐，汽水管道及汽輪機(jī)，在其使用期限內(nèi)，不但承受正常運(yùn)行應(yīng)力的作用，還要承受多次啟動(dòng)、運(yùn)行、停運(yùn)及大幅度負(fù)荷變動(dòng)產(chǎn)生交變應(yīng)力的作用，在啟停這個(gè)循環(huán)中，有些元件的某些部位受力是很復(fù)雜的，其數(shù)值也很大，如果某個(gè)環(huán)節(jié)（如設(shè)計(jì)或運(yùn)行）考慮不同， 有可能造成雙螺栓管夾損壞。因在整個(gè)使用期限內(nèi)，這種循環(huán)的次數(shù) 多不超過(guò)十萬(wàn)次，故稱(chēng)這類(lèi)疲勞為“低周疲勞”，也因在這循環(huán)下產(chǎn)生了大的應(yīng)變，也稱(chēng)“應(yīng)變疲勞”。

2、低周疲勞的 征簡(jiǎn)介

在高速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的應(yīng)力疲勞問(wèn)題的計(jì)算中，因應(yīng)力水平不算太高，交變循環(huán)應(yīng)力是在彈笥范圍內(nèi)，因而可以進(jìn)行無(wú)限壽命設(shè)計(jì)。在低周疲勞狀態(tài)下，因應(yīng)力水平比較高，其應(yīng)變往往進(jìn)入塑性區(qū)；又由于其頻率很低，雙螺栓管夾塑性滑移可以得到充分發(fā)展， 容易形成裂紋。這樣，它 不能進(jìn)行無(wú)限壽命設(shè)計(jì)，而是根據(jù)使用上的需要，預(yù)先確定一個(gè) 循環(huán)次數(shù)作前提。

在應(yīng)力疲勞問(wèn)題的計(jì)算中，雖然要考慮各種應(yīng)力的綜合用用，但是雙螺栓管夾可以采用彈性應(yīng)力集中系數(shù)來(lái)考慮。在低周疲勞狀態(tài)下，由于大應(yīng)變使應(yīng)力與應(yīng)變不服從線(xiàn)性關(guān)系，所以 要用“應(yīng)變集中”這個(gè)新物理量作為試驗(yàn)研究或計(jì)算的控制變量。在應(yīng)變集中的情況下，有時(shí)也用應(yīng)變與彈性模數(shù)來(lái)表示應(yīng)力，這只是個(gè)“虛擬”的應(yīng)力，只是為了研究的習(xí)慣而己。

                                       

 

在應(yīng)力疲勞的無(wú)限壽命計(jì)算中，對(duì)應(yīng)力的限定是來(lái)用疲勞強(qiáng)度。在低周疲勞的有限壽命設(shè)計(jì)中，雙螺栓管夾通常是采用“許用應(yīng)力范圍”這悠閑的強(qiáng)度概念。

在應(yīng)變疲勞狀態(tài)下的應(yīng)變集中區(qū)，強(qiáng)烈地影響位錯(cuò)密度及分布，使 有利方向的晶粒產(chǎn)生滑移，反復(fù)的滑移逐漸發(fā)展成微小的穿晶裂紋。裂紋形成后，在交變應(yīng)變的繼續(xù)作用下，裂紋不斷擴(kuò)展， 因有效斷面逐漸縮小，導(dǎo)致短時(shí)過(guò)載產(chǎn)生泄漏或破裂。 別對(duì)于有內(nèi)部缺陷或早期損傷的部位，雙螺栓管夾交變的大應(yīng)變將引起位錯(cuò)密度與遷移成指數(shù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致快速破壞。低周疲勞的裂紋只發(fā)生在應(yīng)變集中的微觀(guān)區(qū)域，所以破壞后元件沒(méi)有明顯的宏觀(guān)塑性變形。一般元件由于造成斷裂原因的復(fù)合性，所以斷口的外觀(guān)形貌有時(shí) 不那么典型。

3、低周疲勞的幾種驗(yàn)標(biāo)方法簡(jiǎn)介

在電力生產(chǎn)的初期，人們沒(méi)有 別注意低周疲勞問(wèn)題，這類(lèi)事故開(kāi)始發(fā)生。當(dāng)大容光煥發(fā)量參數(shù)機(jī)組的出現(xiàn)，雙螺栓管夾應(yīng)力計(jì)算方法的逐漸準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)工作應(yīng)力的提高，強(qiáng)度較高的鋼種的使用， 別是核動(dòng)力裝置的應(yīng)用，低周疲勞問(wèn)題逐漸為人們所重視，因而普遍開(kāi)展了低周疲勞的研究，而且雙螺栓管夾逐漸疲勞分析驗(yàn)算列入管道的設(shè)計(jì)中必須計(jì)算的項(xiàng)目之一。

 

 

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