單個(gè)沖擊對不銹鋼管道焊接頭低周疲勞壽命的影響

1、?單個(gè)沖擊對不銹鋼管道焊接頭低周疲勞壽命的影響單個(gè)沖擊對不銹鋼管道焊接頭低周疲勞壽命的影響摘要完成了單個(gè)沖擊對1Cr18Ni9Ti不銹鋼管道焊接頭試樣低周疲勞壽命影響的試驗(yàn)研究。單個(gè)試驗(yàn)最大瞬時(shí)峰值應(yīng)變率達(dá)480s1。試樣未經(jīng)消除焊接殘余應(yīng)力。采用成組法試驗(yàn)(每組7個(gè)試樣)，對稱加載模式，總應(yīng)變幅為0.00228。結(jié)果表明，沖擊影響受到焊接殘余應(yīng)力和沖擊塑性導(dǎo)入機(jī)制的耦合作用。焊接殘余應(yīng)力與沖擊應(yīng)力疊加將增加材料損傷，而沖擊塑性導(dǎo)入將減

2、緩疲勞損傷和降低疲勞壽命分散性。前者扼制后者?？紤]疲勞壽命的分散性，建議基于概率的沖擊影響評價(jià)方法。試驗(yàn)結(jié)果的分析驗(yàn)證了方法的有效性。關(guān)鍵詞不銹鋼；焊接頭；低周疲勞；沖擊；疲勞壽命；概率評價(jià)中圖分類號TG142.71；TG405文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號10014381(1999)11001405SingleImpactEffectsontheLowCycleFatigueLifeofaStainlessSteelPipeWeldedJoin

3、tAbstract：Anexperimentalinvestigationofthesingleimpacteffectswithhighstrainrateonthelowcyclefatiguelifeof1Cr18Ni9Tistainlesssteelpipeweldedjointwasperfmed.Agrouptest(7specimensfeachgroup)wasused.Thejointwasmadewithouteli

4、minatingtheweldingresidualstress.Transientpeakstrainrateofthetestwasupto480s－1.Allfatiguetestsweremadeattotalstrainamplitudeof0.00228underfullyreversalloadingmode.Theresultsrevealthattheeffectsarerelatedtoacouplingaction

5、oftheweldingresidualstresstheimpactplasticinducedmechanism.Theweldingresidualstressplusimpactstresstendstoincreasefatiguedamageincontrasttheimpactplasticityinducedtendstoslowfatiguedamagetodecreasethescatteroffatiguelife

6、.Thefmerchecksthelater.Inadditiontakingintoaccountthescatteroffatiguelifesaprobabilisticassessmentapproachofthesingleimpacteffectsispresenteditsavailabilityisverifiedbythestatisticalanalysisoftestresults.Keywds：stainless

7、steelweldedjointlowcyclefatigueimpactfatiguelifeprobabilisticassessment結(jié)構(gòu)材料在受爆炸或沖擊載荷下的力學(xué)行為，是重要設(shè)備(如反應(yīng)堆)安全技術(shù)和結(jié)構(gòu)延壽的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。疲勞是反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)的潛在失效模式［1］。研究單個(gè)沖擊對結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響是其中一個(gè)重要課題。對結(jié)構(gòu)承受非常規(guī)疲勞加載的試驗(yàn)研究，在過載或周期性過載［1～3］和沖擊疲勞［4～8］方面做了有益探索。但在偶

8、然爆炸或沖擊載荷對疲勞性能的影響方面，研究尚少。過載或周期過載對疲勞性能影響的研究［2～4］，一般是在常規(guī)疲勞恒幅加載史中插入高于材料屈服應(yīng)力的高應(yīng)力幅，材料應(yīng)變率較低（一般小于10s－1）；沖擊疲勞試驗(yàn)一般采用旋轉(zhuǎn)四點(diǎn)彎曲加載形式［5］或在修正Hopkinson桿應(yīng)力波加載裝置上進(jìn)行［6～7］，材料應(yīng)變率可達(dá)400s－1但其中沒有常規(guī)疲勞載荷。本工作研究低周疲勞中出現(xiàn)高應(yīng)變率單個(gè)沖擊加載情況，以用于制造反應(yīng)堆冷卻管道的1Cr18Ni9

9、Ti不銹鋼管焊接頭為對象，探索高應(yīng)變率單個(gè)沖擊載荷對其低周疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，其均值為2MJm－3cycle－1。沖擊試驗(yàn)在自制的自由落錘沖擊裝置上進(jìn)行。材料響應(yīng)通過貼在試樣最小截面的應(yīng)變計(jì)測量，并對稱貼兩個(gè)應(yīng)變計(jì)以取其平均值。落錘沖擊能量為100J，約為材料單位循環(huán)滯回能的20倍。2試驗(yàn)結(jié)果和討論試驗(yàn)結(jié)果和討論2.12.1材料的瞬時(shí)沖擊響應(yīng)材料的瞬時(shí)沖擊響應(yīng)圖2給出了一個(gè)典型試樣最小截面(焊縫金屬)的沖擊響應(yīng)。其它試樣的響應(yīng)略有

10、差異。圖中數(shù)據(jù)揭示了材料受單個(gè)沖擊的如下響應(yīng)特點(diǎn)：(1)試驗(yàn)存在瞬時(shí)沖擊振蕩，這說明瞬時(shí)沖擊載荷在材料有效瞬時(shí)彈性約束范圍內(nèi)。相應(yīng)地，材料的變形運(yùn)動(dòng)具有振蕩行為。大約經(jīng)過兩次振蕩，沖擊能量衰減到可以忽略的程度。(2)與疲勞試驗(yàn)得到的循環(huán)應(yīng)力幅均值(300MPa)相比，沖擊試驗(yàn)得到的材料第一、第二峰值瞬時(shí)應(yīng)力幅分別為472901MPa和276603MPa，高出約1560和900余倍。這樣高的瞬時(shí)載荷，仍在材料有效瞬時(shí)彈性約束范圍，說明材料