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压力容器用球墨铸铁材料疲劳性能试验研究

作　者: 郭文菁
导　师: 陈志平
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 压力容器用球墨铸铁材料 拉伸试验 疲劳试验 疲劳性能 低周设计疲劳曲线
分类号: TQ051.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着球墨铸铁制压力容器应用范围的不断扩大,其标准建设受到了业内的重视。2004版EN13445-6规定球墨铸铁制压力容器可以采用分析设计方法,并在附录D中增加了球墨铸铁制压力容器疲劳寿命评定方法,使得其可以应用于疲劳载荷工况。目前,国内相关标准较为落后,暂无相关研究。在研究对比了国内外球墨铸铁制压力容器相关标准的基础上,通过试验与观察分析相结合的方法,研究了压力容器用球墨铸铁的疲劳性能。主要研究工作如下：(1)对压力容器用球墨铸铁材料标准试样进行拉伸试验,获得了材料的基本力学性能,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率。同时,根据试样断口在拉伸断裂后呈现的形态判断材料的拉伸断裂属于韧性断裂。(2)对压力容器用球墨铸铁材料标准试样进行低周疲劳试验,研究材料的低周疲劳性能,判断材料在循环载荷下具有循环硬化特征及Masing特性。根据对材料疲劳断口形态的观察判断材料内部存在的球状石墨是影响材料抗疲劳性能的根本原因。(3)根据低周疲劳试验数据,获得压力容器用球墨铸铁材料的低周设计疲劳曲线,验证曲线具有较好的相关性。将低周设计疲劳曲线与欧盟EN13445-6中给出的球墨铸铁材料详细评定疲劳曲线进行对比,结果证明试验获得的低周设计疲劳曲线与欧盟标准曲线的低周部分吻合较好,具有较强的参考性。

全文目录


致谢  4-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
1 绪论  11-30
  1.1 球墨铸铁材料  11-14
    1.1.1 球墨铸铁材料基本力学性能  12-13
    1.1.2 压力容器用球墨铸铁材料  13-14
  1.2 球墨铸铁制压力容器  14-17
    1.2.1 球墨铸铁制压力容器应用现状  14-16
    1.2.2 球墨铸铁制压力容器发展趋势  16-17
  1.3 国内外球墨铸铁制压力容器设计方法  17-19
    1.3.1 美国ASME标准对球墨铸铁制压力容器设计方法的规定  17
    1.3.2 欧盟EN 13445-6标准对球墨铸铁制压力容器设计方法的规定  17-19
    1.3.3 中国相关标准对球墨铸铁制压力容器设计方法的规定  19
  1.4 疲劳问题的研究现状  19-27
    1.4.1 疲劳的主要影响因素  20-23
    1.4.2 疲劳行为的经验规律  23
    1.4.3 结构的疲劳设计方法  23-24
    1.4.4 疲劳寿命的预测方法  24-27
  1.5 压力容器的疲劳设计  27-29
    1.5.1 压力容器的疲劳设计规则  27-28
    1.5.2 压力容器免于疲劳设计的规定  28-29
  1.6 研究内容  29-30
2 QT400-18材料低周疲劳的试验研究  30-42
  2.1 试验方法  30
    2.1.1 静力拉伸试验方法  30
    2.1.2 低周疲劳实验方法  30
  2.2 试样  30-33
  2.3 试验装置  33-34
  2.4 试验结果  34-41
    2.4.1 静力拉伸试验结果  34-37
    2.4.2 低周疲劳试验结果  37-40
    2.4.3 应变幅与应力幅转换  40-41
  2.5 本章小节  41-42
3 QT400-18材料低周疲劳性能分析  42-62
  3.1 断口形貌观察  42-48
    3.1.1 拉伸试样断口分析  42-43
    3.1.2 疲劳试样断口分析  43-48
  3.2 金相检测与分析  48-52
    3.2.1 试样制备  48-49
    3.2.2 检测结果与分析  49-52
  3.3 材料的低周循环相关特性  52-57
    3.3.1 循环响应特征  52-54
    3.3.2 迟滞迥线  54-56
    3.3.3 应力-应变曲线  56-57
  3.4 材料应变能的计算  57-60
    3.4.1 Masing特性研究  58-59
    3.4.2 材料的塑性应变能计算  59-60
  3.5 本章小节  60-62
4 QT400-18材料低周疲劳曲线  62-74
  4.1 QT400-18材料的S-N试验曲线  62-63
  4.2 QT400-18材料低周设计疲劳曲线  63-66
  4.3 欧盟标准的球墨铸铁材料设计疲劳曲线  66-73
  4.4 本章小节  73-74
5 结论与展望  74-76
  5.1 结论  74
  5.2 展望  74-76
参考文献  76-80
作者简历  80

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工过程用机械与设备 > 加压工艺机械
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