（化工过程机械专业论文）焊接压力管道的疲劳损伤和棘轮效应.pdf

中文摘要1 本文针对i c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其坏向焊缝，进行了一系列内压低周疲劳 实验和棘轮效应实验，在循环过程中对其里氏硬度进行了测量，同时还对焊接 接头三区域进行了金相实验。加载方式为应力控制，对其薄壁圆管试件施加循 环变化的内压。 f i 实验结果表明，1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢是循环强化材料，而其焊缝金属为循环 软化材料。由硬度的测量结果表明，热影响区的硬度最低，焊材的硬度大于母 材的硬度，正态分布可以作为硬度数据的良好假设统计分布。根据以硬度定义 的损伤结果表明，母材的损伤演化规律为幂函数关系，而焊缝金属的损伤演化 规律为线性。由棘轮实验表明，母材和焊缝金属的棘轮应变和应变速率都受应 力幅值的影响。焊接接头三区域的金相实验表明，b m 区晶粒分布和大小比较 均匀。h a z 由于受到焊接热的影响，从b m 边界到w m 边界，晶粒逐渐粗化。 w m 区为枝晶状组织。+ 一、 ， 根据c h a b o c h e 的非线性连续累积损伤模型，本文建立了个新的累积损 伤模型，该模型能够很好的预测i c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝的低周疲劳 寿命及其损伤演化规律。 关键词：1 c r l 8 n i 9 t i 、女晕譬、低周疲劳、棘轮效应、里氏硬度、累积损伤 ， 奉课题为国家自然科学基金资助项耳 a b s t r a c t 2 i nt h i sp a p e r ，as e r i e so fl o w c y c l ef a t i g u ee x p e r i m e n t sa n dr a t c h e t i n ge f f e c t s e x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e do n1 c r 1 8 n i 9 t is t a i n l e s ss t e e la n di t sw e l d e dj o i n t s t h e t h i n w a l l e dt u b u l a rs p e c i m e n sw e r ee x e r t e dc y c l i ci n n e rp r e s s u r ea n dt h el o a di s c o n t r o l l e db yt h es t r e s s d u r i n gt h ec y c l i ce x p e r i m e n t s t h eh lh a r d n e s so fb m ( b a s e _ m e t a l ) ，w m ( w e l dm e t a l ) a n dh a z ( h e a ta f f e c t e dz o n e ) w a sm e a s u r e d i na d d i t i o n ， am e t a l l u r g r a p h i c a lt e s tw a s m a d eo nt h ew e l d e dj o i n t t h ee x p e r i m e n t sh a v es h o w nt h a t1 c r l 8 n i 9 t ii sac y c l i ch a r d e n i n gm a t e r i a la n d t h ew e l d e dm e t a li sac y c l i cs o f t e n i n gm a t e r i a l 1 1 1 eh a r d n e s so fh a zi st h eh i # e s to f t h ew e l d e dj o i n t sa n dw mi sh i g h e rt h a nb m t h ed i s t r i b u t i o no fb ma n dw m s h a r d n e s sc o n f o r r nt ot h en o r m a ld i s t r i b u t i o n f r o mt h ef a t i g u ed a m a g eb a s e do n h a r d n e s s ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ef a t i g u ed a m a g ee v o l u t i o no fb mi sap o w e r r e l a t i o n s h i pa n dt h ef a t i g u ed a m a g ee v o l u t i o no fw ma n dh a zi sal i n e a rr e l a t i o n s h i p f r o mt h e r a t c h e t i n ge f f e c t se x p e r i m e n t ，i tc a nb es e e nt h a tt h es t r e s sr a n g eh a s i n f l u e n c eo i lt h er a t c h e t i n ge f f e c t so fb ma n dw m b a s e do nc h a b o c h e sn o n l i n e a rc o n t i n u o u sf a t i g u ed a m a g em o d e l ，an e wf a t i g u e d a m a g em o d e lw a sp r o p o s e d n l em o d e lc a np r e d i c tt h el o w - c y c l ef a t i g u el i f ea n dt h e f a t i g u ed a m a g ee v o l u t i o no fl c r l 8 n i 9 t is t a i n l e s ss t e e la n di t sw e l d e dj o i n t sw e l l k e y w o r d s ：i c r l 8 n i 9 t i ，w e l d e dj o i n t ，l o w c y c l e f a t i g u e ，r a t c h e t i n ge f f e c t s ，h l h a r d n e s s ，a c c u m u l a t i v ed a m a g e 2t h i sp r o j e e ti ss u p p o r t e db yt h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f c h m & 天律大学姣t + 论芟 前言 前言 焊接技术广泛应用于各种工业结构中，是一种最常用的实现构件之间联接 的方法。但是许多焊接接头在实际工况中要承受各种形式的循环载荷，所以常 发生疲劳破坏。许多结构如化工压力容器、管道等，其焊接部位的强度常常决 定某整体结构的强度，因此焊接是导致结构使用寿命减少的一个主要因素。 由于焊接冶金的不均匀性，母材b m ( b a s em e t a l ) ，焊缝金属w m ( w e l dm e t a l ) 和热影响区h a z ( h e a ta f f e c t e dz o n e ) 力学性能各不相同，使焊接接头处于复杂 的局部应力应变状态下。s a n k a r a 、v a i s a nl i 2 1 以及范引鹤等人13 1 的研究表明 由于焊接接头的存在，大大降低了材料的疲劳寿命。 目前对焊接接头的研究还很少，而且主要是针对单轴疲劳展开的，还没有 一种对多种材料和载荷普遍适用的理论。因此，应该深入开展多种材料在各种 载荷下的低周疲劳实验，建立适合多种材料焊接接头的低周疲劳寿命估算方法。 本文对广泛应用于压力容器和管道的1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝进 行了一系列内压低周疲劳实验，并在循环过程中对其硬度进行了测量，同时还 对其棘轮效应进行了研究。根据实验结果建立了一个新的累积损伤模型，该模 型能够很好的预测i c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝的低周疲劳寿命及其损伤 演化进程。因此本次的研究结果对焊接结构的安全使用有着重要的参考价值。 墨兰查兰竺圭堡兰 兰二兰苎! ! ! ! 生 1 1 焊接接头的疲劳研究背景及意义 焊接技术广泛应用于工业生产中，是一种最常用的构件联接的方法。但是 许多焊接接头在实际工况中要承受各种形式的循环载荷，所以常发生疲劳失效。 对于焊接接头，由于焊接冶金的不均匀性，母材( b m ) ，焊缝金属( w m ) 和热影响 区( h a z ) 力学性能各不相同，尤其是在h a z ，受焊接热循环的加热温度不同， 可以分为过热的粗晶区、正火区的细晶区、不完全正火区和回火区，每个区域 的力学性能又各不相同，使焊接接头处于复杂的局部应力一应变状态。 s a n k a r a 、v a | s a n 【l 2 1 以及范弓i 鹤等人“1 的研究表明，由于焊接接头的存 在，大大降低了结构的疲劳寿命。其中范引鹤等人【3 对1 c r l 8 n i 9 t i 焊接接头 的疲劳实验表明，由于焊接接头力学性能不均匀性导致焊接接头疲劳寿命降低 了4 0 6 0 。许多结构如化工压力容器、管道等，其焊接部位的强度常常决定 其整体结构的强度，因此焊接是导致结构使用寿命减少的一个重要因素。 目前对焊接接头的研究主要是针对单轴疲劳展开的，而在实际工况下，焊 接接头不仅承受内压，而且还会承受弯曲，甚至还有扭转以及温度变化的同时 作用，因此有必要对焊接接头进行多种载荷下的研究。 1 2 焊接接头的低周疲劳研究 所谓低周疲劳是指循环应力接近或超过材料的屈服极限，材料在每一个应 力一应变循环中均有定数量的塑性变形，其疲劳寿命比较短，一般低于1 0 5 循 环。低周疲劳问题涉及的范围十分广泛，特别是在动力设备方面，如航空发动 机、涡轮转子、核压力容器中都严重存在着低周疲劳问题，因此对低周疲劳的 研究有着广泛的应用价值。 1 2 1 工程实验分析疲劳设计方法 作为一种简化的寿命估算方法，不同的规范给出了不同的疲劳设计曲线 4 1 。 美国a s m e 规范给出了四类不同材料的疲劳设计曲线，这些曲线建立在“无缺 陷”材料应变疲劳试验基础上具有一定的安全系数。安全系数考虑了数据分 散度、尺寸因素、表面光滑度及环境因素的影响。应力安全系数n o 为2 ，寿命 安系数n n 为2 0 。c o r u md 1 对3 1 6 不锈钢和1 6 8 2 焊条的单轴疲劳实验表明， 设计减弱系数2 是合适的。 、 英国能源部b s l 5 1 5 的疲劳设计曲线是根据m a n s o n 提出的数据建立的，疲 墨堡查兰竺! 笙兰 兰二主兰坚竺竺一 劳寿命可按下式计算： = l 1 南 ( 1 - 1 ) 其中毋为断裂真应变，k 为应力集中系数， 仃】为许用应力。 英国能源部b s 5 5 0 0 的疲劳设计曲线以机加工对接焊缝的疲劳实验为基础， 取月f 2 2 ， - 1 5 。 美国焊接学会a w sd 1 1 的疲劳设计曲线，主要是根据材料的类型、在焊 接结构中的部位及不同的应力等级而制定的，适用于圆形截面钢结构。疲劳设 计曲线以焊接接头的疲劳实验为基础。各种设计曲线代表不同类型的焊接接头 在不同应力特征及应力水平情况下的疲劳行为。 美国石油协会a p ir p 2 a 疲劳设计曲线规定，对于海水环境中使用的焊接 管钢结构，往往承受随机载荷的变幅循环交变应力的作用，其疲劳曲线可用下 式表示： 厂、一。 ：2 1 0 6 l 兰生i( 1 2 1 l 1 0 式中4 ，为2 1 0 6 次的应力变程，x 为直线斜率的倒数。 k o s t e a se ta l 6 1 对现有的焊接铝接头实验数据的分析表明，今后的设计规 范必须对焊接参数，尤其是疲劳裂纹的发展进行详细的考虑，因此应针对焊缝 区域的应力分布、缺口系数和等效应力进行深入研究。 1 2 2 局部应力应变法 由于焊接冶金的不均匀性，焊接接头的物理、机械性能发生了显著变化， 因此焊接接头可以视为“冶金缺口”，即虽然不存在几何形状上的缺口，但应力 应变却集中于焊接接头区域的一定部位。因此应该根据局部的应力应变来计算 疲劳寿命。 由名义应力应变计算局部应力应变可用n e u b e r 方法”1 和m o l s k i - g l i n k a 方法n 1 ： 由t o p p e re ta l d l 改进的n e u b e r 公式可以很好的描述缺口的疲劳行 为： 4 刊s 。f i 2 一 ( 1 3 ) k s 2 式中砸为名义应力幅，z l g ，4 硝局部应变幅和应力幅，晦为疲劳缺口系数， 可由p e t e r s o n 公式得出： 3 墨兰查兰竺! ：丝兰兰二兰! 塑 k ，：1 + 生兰( 1 4 ) 1 。旦 p 其中p 为p e t e r s o n 参数，p 为焊角半径，k 为理论应力集中系数。l a w r e n c e e t a l 1 的研究表明，裂纹在疲劳缺口系数最大的地方萌生。 m o i s k i g l i n k a 方法与n e u b e r 方法相似，采用局部弹性应变能来计算局部 应力： ：百a 1 7 2 + 筹( 割后= 等 m s ， 其中w 为局部弹性应变能，k 、n 为材料循环常数。 为了计算出局部应力应变幅a o 和a 8 ，式( 1 - 3 ) 和( 1 5 ) 必须与表征材料稳定循 环应力一应变曲线的公式( 1 6 ) 结合： 坐2 = 丝2 e + ( 黑2 kr ( 1 - s ) lj 、 t r i c o t e a u xe ta l 2 采用局部应变法对高强结构钢焊件的寿命进行了计算， 并且考虑了焊角的几何尺寸、残余应力和平均应力的影响，分别利用由硬度计 算”1 和实验的方法来获得焊接接头的循环性能，用n e u b e r 公式和m o l s k i g l i n k a 能量法分别计算局部应力应变幅，然后分别用b a s q u i n 公式和m a n s o n - c o f f i n 公式来计算寿命。 b a s q u i n ： 等= i 等阻y ( 1 - ， m a n s o n - c o f f i n ：警- c 孚p 吩饥y m s ， 式中盯，为疲劳强度系数，6 为疲劳强度指数，占，为疲劳延性系数，c 为疲 劳延性指数，万为平均应力，4 t 为弹性应变变程。 最后把用不同方法计算的结果与实验值相比较以验证其准确性。结果表明 用根据硬度计算的焊接接头循环参数计算得出的疲劳寿命大大高于实验值，因 此为了得出准确计算结果，必须得到真实焊接接头的循环性能。当采用真实焊 接接头的循环性能时，由n e u b e r 和m o l s k i g l i n k a 方法计算的结果相似，并且 用m a n s o n - c o f f i n 公式可以较好的预测疲劳寿命。 4 墨兰查兰堡圭兰奎苎二兰! ：! ! ! ! 兰 s k o r u p ai - 一1 对低碳钢也进行了同样的研究，另外还考虑了应力松弛、循环 软化硬化以及残余应力对疲劳寿命的影响，采用应力法、应变法和应力一应变法 来计算疲劳寿命。在塑性变形过程中，由于循环松弛将对平均应力产生影响， 对低碳钢和恒幅应变实验，改正后的平均应力可用下式表示： 元。= 万( 2 一1 ) ” ( 1 - 9 ) 式中k 代表循环松弛指数，孑：。表示在任意2 n 循环时的平均应力。 应力法： 应变法： 应力应变 4 仃= ( o j - 厅) ( 2 ，y ( 1 - 1 0 ) 缸等( 2 ，y 吩7 ( 2 ，0 - 1 1 ) 4 醐占：( 三三立( 2 ，) z 。+ ( o r - ) 。( 2 ，y + c 。，：， 一些学者采用热点应力作为局部应力对焊接接头的疲劳寿命进行了研究。 所谓热点是指焊角处的高应力点，由于很高的局部应力集中，因此裂纹经常在 热点处萌生和扩展。f a y a r de ta l 【l 把热点应力成功地应用于承受循环载荷的 连续焊接薄钢板结构，研究表明焊接接头的疲劳强度可以由盯一，设计曲线得 到，设计应力盯定义为热点最大主应力幅，根据有限单元法中的薄板单元计 算得出。r a d a je ta l 6 1 也采用热点应力对k 型焊接接头的疲劳寿命进行了计算， 预测值与实验结果吻合很好。 1 3 疲劳累积损伤模型 疲劳累积损伤理论是疲劳分析的主要理论之一，也是估算变应力幅值下安 全疲劳寿命的关键理论。损伤的直接理解就是，在疲劳载荷下材料的改变或材 料的损坏程度。进一步说就是材料在循环载荷下，微观裂纹不断扩展和深化， 从而使试件或结构的有效工作面不断减少的程度。由于损伤是一个抽象的概念， 不能直接地度量，所以许多人建议用参数d 来表示它。作为描述材料受损状态 的损伤变量，应该是既能反映材料的损伤机理，又对损伤过程比较敏感，易于 测量，并有一定数学特征的量。 m i n e r 于1 9 4 5 年首先提出了著名的线性累积损伤理论，他认为在疲劳实验 中，材料在给定应力水平的反复作用下产生的损伤与循环次数成线性累积的关 系，即在整个循环过程中材料所受的损伤线性地分配给每个循环，也就是每一 天津大学硕士论文 第一章文献综述 循环产生的损伤为d 。= 1 i n ，。当损伤累积d = 月啦材料就发生疲劳破坏，表 示为： 肚妻i 畿 m 胆，5 其中f 、，分别为第i 级应力下的循环次数和相应的疲劳寿命，k 为多级 载荷的级数。 一般认为，仅用这种线性累积损伤理论不能描述载荷顺序对疲劳寿命的影 响，因此后人又提出了各种非线性累积损伤理论。 早期的非线性累积损伤理论主要有：h e n r y ”1 、g a t t s 、m a r c oa n ds t a r k e v ”、m a n s o nn 们等。它们都是建立在疲劳极限下降理论或剩余寿命和连续损伤 力学理论基础之上的。c h a b o c h e 2 1 1 以连续损伤力学为基础建立的非线性累积 损伤模型，在处理单轴疲劳时已有许多获得成功的实例。他认为损伤是最大应 力和平均应力的函数，即 其中 d d = 厂p m ，云，d ) d n( 1 1 4 ) d ：f 旦1 焉 i ，j 删一口f 鱼r l0 b m p ) = m 。0 6 孑) ( 1 - 1 5 ) ( 1 - 1 6 ) ( 1 1 7 ) ( 1 - 1 8 ) m 。，b ，a 为材料常数，旯为疲劳应力一寿命曲线的斜率，为材料的拉伸 强度，为最大应力，彳为平均应力。 s h a n ga n dy a o 啦! 根据在疲劳损伤过程中材料延性的变化， 模型的基础上，根据稳定状态下的应力一应变关系： a t r 2 = k 0 2 y 提出了一个新的非线性累积损伤模型： 6 在c h a b o e h e ( 1 - 1 9 ) 莆 一f 卜 天津大学硕十论文 第一章文献综述 州一厂 c 删一寒铡瑚 m z 。 口加陋0 2 ) ”一盯一，( 1 6 万】 k ， 是应变强化系数和强化指数，是单轴状态下的材料常数，盯一，为对称 载荷下的疲劳极限，、b 为材料常数，h ) 是h e a v i s i d e 函数， r1扣7 。 0 h ( x ) = = p e a k pa n dn l n 2t h e n；判断采集的压力值是否达到规定的 n 2 = n 2 + 1 最大压力值，如果达到，波峰1 1 2 加l p r i n tn 2 ；t i ；e ( 0 ) ；e ( 1 ) ；e ( 2 ) e n d i f i f e ( 2 ) n 2t h e n ；判断采集的压力值是否达到规定的 n l = n l + l 最小压力值，如果达到，波谷n l 加1 e n d i f 2 3 8 极值的采集 i f k 2 1t h e n ：k 为一个计数器，k = l 表示第一次采集 p m a x 2 e ( 2 ) ；e ( i ) 为采集结果，p m a x ，s l m a x ，s 2 m a x s l m a x = e ( o )为循环过程中的极值 s 2 m a x 2 e o ) e n d i f i f p m a x 0(4-4)on 3 在高应力下循环一圈的损伤要比低应力下造成的损伤大，即损伤应该与 应力水平有关。 旦旦 o ( 4 - 5 ) a n ac r 根据c h a b o c h en 的非线性损伤累积模型，本文定义： 符号( ) 表示 划 甜柳 口= l ( 斟) 当d 2 见时，= m ，对上式从d = o 到d = 口进行积分可得 | ，= 上1 - a f c 旦a o , r j 。一口 d ：。f 旦1 矗 i ，j 4 7 ( 4 - 6 ) ( 4 7 ) ( 4 - 8 ) f 4 - 9 ) ( 4 - 1 们 一 一 厂j。l 天津大学硕士论文 第四章硬度结果分析及模型的建立 其中口，h ，y 为材料常数，d c 为临界损伤值，g 为屈服_ 匝力，a h 为最大t 哑 力，因为本文的最大应力在实验过程中是变化的，因此最大应力取各应力水平 的平均值，为拉伸强度。 下面对本文所定义的损伤进行验证，以确保符合损伤参量的条件。 1 当n = 0 时，d = 0 ，满足条件1 。 z 詈2 桶一 件m “ 丽一硐【万j 竹。1 u 因为口1 ，所以筹 o ，满足条件2 。 3 同理可证明罴 。，满足条件3 。 由以上推导可知，本文定义的损伤参量d 满足损伤的三个条件，因此是一 个合理的定义。 4 5常数的确定 由本文的实验结果表明w m 和h a z 的疲劳累积损伤呈线性关系，因此其 损伤演化规律可表示为： 肚d 捌n 五 睁蚴 其中a = 0 ，见分别为w m 和h a z 的临界损伤值。 由本文的实验结果表明，由于焊接质量很好，焊接试件的寿命并没有由于 焊缝的存在而明显的降低。因此，可以用母材的损伤演化规律来计算焊接试件 的疲劳寿命。 根据本文对疲劳失效的定义，所以母材临界损伤值p 等于o 1 。由母材试 件b 1 和b 2 的损伤演化曲线，可以得到各材料常数。 表4 - 3 各参数计算结果 t a b l e4 - 3c a l c u l a t i o nr e s u l to fp a r a m e t e r s i区域 口 p y l母材 43 1 4 8 6 2 l1 0 6 l 0 8 1 2 6 天津大学硕士论文 第四章硬度结果分析及模型的建立 把结果加以整理得 卟击( 若高厂“d c l ” 件 删一( h ( 甜”6 ) 4 6模型预测与实验比较 r 4 1 4 ) 图4 - 8 为疲劳寿命预测值与实验值的比较，由图可知，实验值与预测值吻 合很好，误差在l 倍分散带以内，因此本文提出的损伤累积模型能很好地预测 1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝的疲劳寿命。 2 = 要 c o e c o a i j j p r e d i c t e di i f e 图4 - 8 预测寿命与实验寿命比较 f i g ，4 - 8c o m p a r i s o n sb e t w e e np r e d i c t e dl i f ea n de x p e r i m e n t a ll i f e 图4 - 9 为利用本文所提出的模型预测的损伤演化曲线与实验值的比较。吐i 图可知，本文建立的连续累积损伤模型能很好地预测1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其 环向焊缝的损伤演化过程。同时由这些图表明，在循环初期损伤很小，而在疲 劳破坏的后期，损伤则迅速发展，直至破坏。 天津大学硕士论文 第四章硬度结果分析及模型的建立 o a 0 o o 0 2 0 0 4 00 6 008 01 0 0 n n f ( a ) 试件b 1 0 0 00 2 0 0 4 00 6 008 0 1 0 0 n n f ( b ) 试件b 2 5 0 天津大学硕士论文第四章硬度结果分析及模型的建立 i 口 a 0 0 00 2 00 4 0 0 6 00 8 010 0 n n f ( c ) 试件w 4 0o o o 2 00 4 0 0 6 00 8 01 0 0 n n f ( d ) 试件w 5 图4 - 9 预测损伤演化过程与实验值的比较 f i g 4 - 9c o m p a r i s o n sb e t w e e nt h ep r e d i c t e dv a l u e so f f a d g u e 天津大学硕士论文第四章硬度结果分析及模型的建立 4 7本章小结 d a m a g ee v o l u t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s 1 由母材和焊接试件的硬度测量结果表明，母材为循环强化材料，焊缝为 循环软化材料。 正态分布可以作为硬度数据的良好假设统计分布。 h a z 处硬度最低，w m 硬度大于b m 。 无论材料是循环硬化材料还是循环软化材料，在疲劳的后期，硬度都会 迅速下降，直至破坏。 应力幅值对材料硬度变化速率有明显的影响。 b m 的损伤随循环次数的变化规律为幂函数形式，w m 和h a z 的损伤 随循环次数的变化规律为直线形式。 根据c h a b o e h e 的非线性连续累积损伤模型，本文提出了一个新的累积 损伤模型，该模型能够很好地预测1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝 的疲劳寿命和损伤演化过程。其表达式为： d d = d “。( 搿c r mi 刎 删一( ) ，= 上l - o t f t 旦a c rn j 。h d ：f 旦 五 i ，j 2 3 4 5 6 7 天津大学硕士论文 第五章结论 第五章结论 本文对1 c r l 8 n i g t i 不锈钢管及其环向焊缝进行了一系列的实验研究，从本 文的研究可以得到如下结论： 1 由1 c r l s n i 9 t i 不锈钢的循环实验表明，1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢是循环强化 材料。 2 通过棘轮实验表明：( 1 ) 在较小的应力幅值下，棘轮实验只需较少的循 环次数便能达到稳定状态：( 2 ) 棘轮应变和棘轮应变速率与应力幅值密切相关， 应力幅值增大，b m 和w m 的棘轮应变和棘轮应变速率也随之增大。 3 由焊接接头三区域的金相实验表明，b m 区晶粒分布和大小比较均匀；h a z 由于受到焊接热的影响，从b m 边界到w m 边界，晶粒逐渐粗化；w m 区为枝 晶状组织。 4 由1 c r l 8 n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝的硬度实验表明，( 1 ) 1 c r l s n i 9 t i 不锈钢为循环强化材料，而其焊缝金属为循环软化材料：( 2 ) 正态分布可以作 为硬度数据的良好假设统计分布。( 3 ) h a z 处硬度最低，w m 硬度大于b m 硬 度；( 4 ) 无论材料是循环硬化材料还是循环软化材料，在疲劳的后期，硬度都 会迅速下降，直至破坏：( 5 ) 应力幅值对材料硬度变化速率有明显的影响； ( 6 ) b m 的损伤随循环次数的变化规律为幂函数形式，w m 和h a z 的损伤随 循环次数的变化规律为直线形式。 5 根据c h a b o c h e 的非线性连续累积损伤模型，本文提出了一个新的累积 损伤模型，该模型能够很好地预测1 c r l s n i 9 t i 不锈钢管及其环向焊缝的低周疲 劳寿命及其损伤演化过程。 天津大学硕士论文 符号表 符号表 材料常数 疲劳强度指数 疲劳延性指数 损伤参数 损伤i 晦界值 弹性模量m p a 剪切模量m p a 材料常数 当前硬度 初始硬度 最终硬度 里氏硬度 应力松弛系数 应变片灵敏系数 应变强化系数m p a 应力集中系数 疲劳缺口系数 循环强化指数 应力安全系数 寿命安全系数 循环次数 疲劳寿命 p e t e r s o n 常数 压力m p a 电阻 初始电压值v 任意时刻电压值 v 局部应变能 材料常数 弹性应变 断裂真应变 口o。d噬e g。何凰研皿足毛墨巧p p足uk肋巳0 天津大学硕士论文符号表 疲劳延性系数 塑性应变 应变幅 当前塑性应变幅 稳定的塑性应变幅 初始塑性应变幅 最终塑性应变幅 焊角半径m m 泊松比 j 立力m p a 许用应力m p a 应力变程m p a 应力幅值m p a 平均应力m p a 拉伸强度m p a 最大应力m p a 初始疲劳极限 当前疲劳极限 屈服应力m p a 疲劳强度系数m p a 初始应力幅m p a 循环稳定应力幅m p a 弓郎船钙嵋锄锄p y盯h打吒万q q ，町峨盯 天津大学硕士论文 参考文献 参考文献 【1 】s a n k a r akb ，v a l s a nm ，m a n n a ns l s t r a i n c o n t r o l e dl o wc y c l ef a t i g u eb e h a v i o u ro f t y p e3 0 4s t a i n l e s ss t e e lb a s em a t e r i a l ，t y p e3 0 8s t a i n l e s ss t e e lw e l dm e t a l a n d3 0 4 3 0 8 s t a i n l e s ss t e e lw e l d m e n t s m a t e rs c i e n c ee n g n g a ，1 9 9 0 ，1 3 0 ( 1 ) ：6 7 - 8 2 【2 】v a l s a nm ，s a n k a r ak b ，s a n d h y ar a n dm a n n a ns l h i g ht e m p e r a t u r el o wc y c l e f a t i g u eb e h a v i o u ro f a i s it y p e3 1 6 l nb a s em e t a l ，3 1 6 l n - 3 1 6w e l dj o i n ta n d3 1 6a l l 。 w e l dm e t a l m a t e rs c i e n c ee n g n g a ，1 9 9 2 ，1 4 9 ( 2 ) ：l 9 - l 1 2 【3 】范引鹤，阮米庆。焊接接头力学性能不均匀性的研究。航空学报，1 9 9 6 ，1 7 ( 5 ) ：6 3 8 6 4 0 4 1 中国焊接学会主编焊接结构设计手册机械工业出版社1 9 9 0 ，1 4 4 1 4 7 【5 】c o r u mj m e v a l u a t i o no fw e l d m e n tc r e e pa n df a t i g u es t r e n g t h - r e d u c t i o nf a c t o r sf o r e l e v a t e d - t e m p e r a t u r ed e s i g njp r e s sv e s st e c h ，1 9 9 0 , 11 2 ：3 3 3 - 3 3 9 【6 】k o s t e a sd a n dg i e t lb ac o m p a r a t i v ea n a l y s i so fe x i s t i n gt e s td a t ao nw e l d e d a l u m i n i u mt u b u l a rj o i n t sf a t i g u ef r a c te n g n gm a t e rs t r u c t ，1 9 9 6 ，1 9 ( 6 ) ：7 3 1 7 3 8 【7 】t e s t i n r a ，y u n gj 一y a n d l a w r e n c e f ve ta 1 p r e d i c t i n g t h ef a t i g u e r e s i s t a n c eo f s t e e l w e l d m e n t w e l d r e s ，w e l d j ( s u p p l ) ，1 9 8 7 ，9 3 - 9 8 【8 】n e u b e rh t h e o r yo fs t r e s sc o n c e n t r a t i o nf o rs h e a r - s t r a i n e dp d s m a t i c a lb o d i e sw i t h a r b i t r a r yn o n - l i n e a rs t r e s s - s t r a i nl a w ja p p l m e c h ，1 9 6 1 ，5 4 4 - 5 5 0 【9 】m o l s k ik a n dg l i n k agam e t h o do fe l a s t i c ，p l a s t i cs t r e s sa n ds t r a i nc a l c u l a t i o na ta n o t c hr o o t m a t e r s c i e n g n g ，1 9 8 1 ，5 0 ：9 3 1 0 0 【1 0 】t o p p e rth ，w e t z e lr m a n dm o r r o wj n e u b e r sr u l ea p p l i e dt of a t i g u eo f n o t c h e d s p e c i m e n s j m a t e r , 1 9 6 9 4 ：2 0 0 - 2 0 9 【11 】p e t e r s o nr e s t r e s sc o n c e n t r a t i o nf a c t o r s j w i l e ya n ds o n s n e wy o r k 1 9 7 4 【121y u n gj a n dl a w r e n c eev a n a l y t i c a la n dg r a p h i c a la i d sf o rt h ef a t i g u ed e s i g no f w e l d m e n t s f a t i g u ef r a c t e n g n gm a t e r s t r