拉伸试样弯曲度对屈服强度测试值的影响.pdf

第3 4卷第 1期 19 98 年 l 月 理化检验一 物理分册 PTCA PARTA P H YSICALT E S T ING V o l 34 l 日吕 拉伸试样弯曲度对屈服强度测试值的影响 熊庆人霍春 勇 中国石油天然气总公司石油管材研究所 西 安 7100 65 申善颖 西安石油学院 西安 71 06 5 摘要分析了输送管管体横向拉伸试样弯曲度对屈服强 度 测试值的 影 响 从 理论上初步阐明了管体横向拉 伸试样的弯曲会 引起屈 服强度测试值的降低 并提出在相关的标准中应 对 管体横向试样的 展平程 度 作出规定 主题词管体横向拉伸试样弯曲度屈服强度 E FFE CTOF TH EB ENDIN G AN GLEOF TE N SILES PECIME NSON THETEST INGVALU EOF Y IE LDSTREN GT H Xio n g Qin gr e nH uo Chu n yo ngSh en Shanying T ubu la r G oods R e s e a r eh Cente rof C hina N ationalPetro l e u n i C orporatzon X i a n Petr ole unl In s t一tute A bstr a ct T hispap e rana lyz e s the effeeto f thebe nding an gle o f the tran svers e tens一le spe eimens fo r lin e pip e body on thete sting v a lu eo fyield str ength It e x po u nd s theor etie allythat su eh b en din g w illd e e r e a s e yield str ength It als o p roposessomest一pu l atlon fo r flatte nin g o fthetr ans v e r sespe elmens fo r p 一pe body 一n uded nr el ativesta rlda rds K eywo rds T rans v e r s e tensile spe eime nsof lin e pip e body 1 3 e n dingdeg ree Y leldstron gth 1 问题提 出 1 99 5 年 4 月 我们受用户 委托进驻 某工厂对 一 输 气 管线用 X 5 2咨426mm X7mm 螺 旋缝 埋弧焊 钢 管 进 行 驻厂质量监督 该管 线 所 用 板 卷 为宝钢产 X52 7 omm又l0 0 0mm只Cmm 控轧 钢板 钢 管 检 验依 据AP I S PE CS I 团 管 线 钢 管 GB9 7 1 1一 8 8 石 油天然气输送管道用螺旋缝埋弧 焊钢 管 及订货 补 充技术条件进 行 在首 批试验 及生产 初期 我们发现 工厂所测的 管 体纵 向屈服强度 抗 拉强度 板 卷屈服强度 抗 拉 强度 管体横向抗拉 强度 较为正常 而管体横 向屈服 强度 波动较大 有 的甚至低于标准要求的下 限值 造 成多 批钢管降级 工厂进 行 拉伸试验 的试验机型 号 为 WE一3 0 产地 天水 经计量部 门鉴定 测量误差 在允 许范 围内 试验方法正确 取样位置及试样 尺寸 符合标准要求 为了验证工厂所做力学性 能 数据 的准 确性 及 时 发现问题根源所在 我们在不 同炉 号 的取过生 产 检验 样的钢 管上再次取管 体 横 向拉伸试 样进行对比 试验 对比试 验 中 对 同一管 号的钢管 对比试样 的 取 样位 置与 生产检验样 的取样位置邻近 基 本上可 排 除因材质 波动引 起的差 别 对比试验 的各步骤严 格 按标 准进行 同时对比试 样 的展平程度接近平 直 状态 结果表 明 检验组的管体横 向屈服强度 普遍 低 于对比组的测 试结果 且波动 幅度大 部分试验结 果 列于表 1 我们再 次检 查了工厂力学 性能 室 进行拉 伸 试验的全过程 发 现工厂进 行 管体横向拉 伸试验 的试样虽经过 冷展 平 但试样 标距内仍不同程度 存 在弧度 而管 体纵 向及板卷拉伸试样不存在此问题 由于 A P ISP EC5 1 浏 及 GB 71 1一88 未对管 体 横向拉伸试样 的展 平 程 度作出 明确 规定 我 们在 输 送 管的质量检 验及 仲 载 试验过 程中 遇到 的因管 体 横 向拉伸试样 的展平问题 引发的争 执时有发生 为 此 我们 就试样 弯 曲度 对屈服强度测试 值 的影 响进 表 1 部分 管体横向拉伸 对比试验结果 检验组对比组 编号 MPaMPa 口to 弓 口L口t 呀湘几 口一 0 7 5 0 7 6 U 7 7 0 8 1 0 80 0 82 0 7 7 38248 1 386482 4 JZ490 4225 4 44 4530 4 485 3 0 396494 39 549 5 0 8 2 0 8 3 0 7 9 0 8 口 82 0 84 0 84 0 8 5 0 80 0 80 匕JC 月了叮 沙 Q 以 O 口O曰 OUQ 八 Jq J任 j 任 44 rJ亡 b 月传OQ d 廿 门 了 一 了 卜 了 U O 山 d qJC月 J gA 庄 J 任 5 7 3 9 47 3 3 3 1 3 7 3 87 3 9 5 4 熊庆人等 拉伸试样弯曲度对屈服强 度 测试值的影 响 行了认真的分析 2 分析讨论 A PISPE CSI J 及G B9 71 1一8 8标 准 规定 屈服 强度 为试样标距长度上产生 0 5 总伸 长时所需的 拉应力 用引伸计测 定变形 AP ISPEC SL 及G B9 7 1 1一 8 8 标准 规 定 的 螺旋缝埋弧焊 管 管体横向拉伸试 样的取样 位置见 图 1 试 样尺寸 见图 2 焊缝 剪力 作用下产生 的变形组成 由于剪力 产生的变形 很小可忽略 我们只须分析轴力和弯 矩引起的变形 为简便起 见 将试样 简化 成图4所 示 为求标距 内变 形 在 A 点沿 尸方 向作用一 虚拟力尸 f 则其 内 力如下 AC 段 M 一PR Leo s功一e o s沪 N Peo s必 AB 段 M 一P R Co s申一eos申 一P R eos 沪一 eos 必 1 N P P e os 沪 图 1 取样位置 减窄区最小 3 7n 冬冬冬冬 图 4 试样 受力简化图 标距长 度5一n nl 图 2 试样尺寸 a N一a P f工E A 队 5 尸 l 一一 A C Q 恤 几 沪 O 产 l 叭 n乙 n 1 一 A P ISP ECSI J 及G B 9 7 1 1一8 8 标 准规定 对于管 体横 向拉伸试样应在 常温下进行缓慢 压平 但对试 样的展平程度并 未做 出规定 管体横 向试样经展平 后 仍存在一定 的 弧度 为分 析 方 便将其近似 为 圆 弧 设其半径为 R 在进行拉伸试验时 试样的受力 情况如图 3 所示 设 在轴 力N作用下 试样 在 A 点沿 尸 方 向产 生的位移为 么 在弯矩材作用下 试 样在 A 点沿 尸 方向 产生的位 移 为么 则试样在 标距 内的总伸长 占 一2份 占 2 现分 别计算么 占 2 由卡氏定理知 pf一o Pe os 必 一云不不一八u甲 上 J曰门 一 韵夸 十 占 一 人 爵肇 d 丫 1 一PR eos 功一 e os沪 E I 一R eo s 沪一 e os动 Rd沪 将 得图3试样受力图 P 试验机加载力 2 1 试样标距 R 试样圆弧半径 ZL 试样两夹持端距离 尸R 产沪1 1 咭于 号 十 5in 2必 一 cos沪 cos沪 石1 一 2 4 一 一丁 一 了 一 二 sin 沪 沪 e o s 沪 leos 必 z 2 因R较 大 而 l只有2 5m n 则沪 功 的值很小 sin 沪 S 必 s in沪 0 5 必 2 用其 等价 无 穷 小代替 了 了 J JJi r 尸R l 汀人 一万丫 万 沪 1 一母沪r J二了 龟口 占 弼 2弼一弼 生 1 2则 由 于 试 样 的 厚 度 为 焊 管 壁 厚 一 般 为 4 一 2 0m m 远 小于试样弯曲 曲率半 径 因此可简化 为直 梁 来分析 试 样横截面上的 内力 有 轴力 N 弯矩 M 和剪 力 Q 试 样在 标距内沿尸方 向的 变形 由 轴力作用下产生 的变 形 弯矩作 用下产生的变形及 尸R 3 EI 而 R必 l 七l R必 2 L aA 尸13 3EAR Z 5 旦E A 一一 熊庆人等 拉 伸试样弯曲 度对屈服强度测试值的影响 尸L 3 d AZ 一 I 厄厄 了天下 艺1 一l 6 故试样 标距 内的总 伸长 占 2 尸l EA r旦 火万八 尸23P13 二下二下不石 十 万丁不不 二二不 j乙月找 一 1 乙乙1找 L Z 一 艺 因 卫 一 将 一 兴 b t 3 一 熹 A 代人上式 得 上 1乙 1 一 3 ZPI ZP 1 3 O 一 几二万 十 二不一丁 二 乙广l 乙且找 2L 2 一岁 t2 7 因 L 25mm l 2 5m m t 一 般 为 4一ZOm m f 粤 故式 7 中第 二项 为正值 3 一 一 一 一 我们 知 道 理 想 的平直试样 在拉 伸 时产 生的伸 为som n 当R为l0 0 0m n飞 标 距内弦高为0 3 1m n l 时 伸长量较理想 的 平直试 样增加 5 5 6叼 当 R 为 Z0 0 0mm 标距 内弦高为 16n nl 时 伸长量 增 加 1 39 从 而在测定屈服强度时 相同的伸长 量所对 应的载荷不同 也 就是说 试样展平程度的不同会引 起屈服 强度 测 试值的波动 弯 曲程度大 R小 的试 样屈服强度测试值 低于弯 曲程度小 R大 的试样 表 1 所示 的屈服强度测试 结果在一定程度上也说明 了这一点 由式 7 还可以看出 当 R 增大至一定 值 以后 即试样展平到一 定程度以后 式 中第二项造成 的影 响很小 可近似地 将其看 成是理想 的平 直试样 当然 以上只是从理论上分析计 算的结果 还需 要 大量的试 验来验证 长 一 豁 因此 在 同样的载 荷 尸 下 存在弯 曲的 试样比理想的平直试 样产生 的变形 大 反过 来说 当 产生同样的变形 时 存在弯曲 的试样比理 想的平 直 试样所需的载 荷 小 如 前所述 AP ISP ECS I J 及 GB9 711一8 8 规定屈服强度为试样标距长度上 产生 5 总 伸长 时所需的拉 应力 故 当试样存 在弯曲 时 尽 管 引 伸 计所测 标 距 内伸长达到 标 距 长 度 的 0 5 但此时它所对 应的载 荷低于理 想的平直试样 产生同样 的 伸长 量时所对 应 的载 荷 用此 载荷 计算 出的屈服强度显然偏 低 另 外 由式 7 可知 在相 同的载荷下 尺 不同 即试 样标 距内弯曲程度不同 标距内试 样 的 伸长量 就不 同 例如 对于 笋 426mm又7m m 的螺旋焊管设 I 3 结论 1 管 体横 向拉 伸试样的弯曲 会 造 成屈 服强 度测试 值的降低 试样展平程度的不 同 会引起屈服 强度测试 值 的波动 2 对试样平 整度应 提出要 求 并 纳人标准 这 方面还 应做大量的对比试验工作 参考文献 刘鸿 文 材 料 力 学 北 京 高等教育出版社 1979 崔世 杰 张清杰 应 用塑性 力学 郑州 河南科 学技术 出版社 1 9 9 2 收稿日期 19 9 7 一 4一2 1 公户吩户 护产父产 甲户 奋 户 夕户 产 户声户户 产J产 备沪 J 户 护户 砂户 幽奋 诀 户 动尹知 户奋户 二尸 认户决 洛 尹 备户声 J 户气J 尹 户沐 奋户 产 产护升 户告夕户与户 声一 铸 户 J 户 护 尹夕户护户一户 奋 户 沙户 沪卢尸尸 护 上接第5页 合 有助于较深人地研究断裂过程和断裂机制 4 结论 性和断口形 态具 有 密切 的内在联系 将分维谱分 析 与材 料微观 金相 组织和宏观 断裂力 学理论相结 合 有助于较 深人地研究断裂过程和断裂机制 1 应用M模型得 到的三种球 铁 断 口分 形图 均具有R S C特征 说明球铁 断 口不具有广泛尺度 的 自相似性 2 应 用U 模型可使球铁断 口 分形图在一个 很大的尺度范 围 内呈 线性 但 分形图上的数 据 点离 散程 度较大 线性拟合的情况不理想 3 分维谱模型及其特征参数 反映了断 口全尺 度范围内分形分布的统计 规律 较 之单一的分 维值 可揭示出包含分形图反 S 形特性 在内的更丰富的断 口特 征信息 4 分 维谱特征参数与铸 态球铁的拉 伸 断裂特 参考文献 Ba n e rji K M etall Tr ans A 1 988 19A 9 6 1一9 71 入Ia ndelbrot BB T heFr a eralG e o r n etryo fN atur o Sa nF ra nsis