2022年, 第39卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-30

  

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试验研究
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  保载时间对P92钢蠕变-疲劳交互行为的影响

  杨佳东, 朱鉴, 周强, 王大胜, 李向阳, 毛剑峰

  压力容器. 2022, 39(1): 1-8,49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.001

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  为研究保载时间对蠕变-疲劳寿命和应力-应变响应的影响规律，对P92钢在650℃下进行了应变幅为±0.5%，保载时间为36，600，3 600 s的蠕变-疲劳试验，采用Chaboche塑性本构模型和应变强化蠕变模型进行有限元模拟，并对P92钢断裂试样进行透射电镜检测。试验结果表明：保载时间增长导致拉压屈服极限降低，最大拉应力降低，非弹性应变范围减小，蠕变-疲劳寿命降低。模拟结果显示，模拟值与试验值的最大拉应力、保载期间应力松弛量基本一致。检测结果发现，在蠕变-疲劳试验中，随着保载时间增长，蠕变空腔慢慢生成、长大，保载时间增长引入的蠕变损伤会加速疲劳裂纹扩张，蠕变-疲劳断裂机制由疲劳损伤主导逐渐变为蠕变损伤主导。最终提出了不同保载时间下最大拉应力随循环次数变化的拟合式，结合WANG等模型引入的逐周次概念，得到一种改进的蠕变-疲劳寿命模型，运用此模型能很方便地实现对P92钢进行不同保载时间下的蠕变-疲劳寿命预测。
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  2205双相不锈钢氢致开裂行为的试验分析与模型预测

  陶平, 赵晨宇, 巩建鸣

  压力容器. 2022, 39(1): 9-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.002

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  开展了2205双相不锈钢（Duplex stainless steel，DSS）氢致开裂（Hydrogen assisted cracking，HAC）行为的研究，考察了组织形态对2205双相不锈钢中氢致裂纹萌生和扩展的影响。结果表明，横向组织中的氢致裂纹扩展的长度比纵向组织中的裂纹更明显，裂纹优先萌生的位置在铁素体相中。此外，基于氢浓度相关的内聚力理论，对DSS的氢致开裂现象进行了预测分析，建立了含双相组织的HAC有限元分析模型，预测结果与试验结果吻合较好。在串联相组织形态结构与奥氏体相的晶粒尺寸减小（细化）的情况下，进入材料中的氢浓度降低，一定程度上抑制了氢致裂纹的扩展。
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  9%Ni钢用国产镍基焊丝的焊接试验研究

  卜华全, 赵伟, 臧晓飞, 刘海定, 任明皓, 连轶博

  压力容器. 2022, 39(1): 19-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.003

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  针对镍基焊丝的热裂纹敏感性试验，研制出FISCO热裂纹试验装置，利用该装置对研制的ERNiCrMo-3镍基焊丝进行焊接热裂纹敏感性试验，结果表明，研制焊丝的热裂纹敏感性与进口焊丝相当，均具有较低的热裂纹敏感性。采用研制焊丝焊接9% Ni钢的工艺试验结果表明，焊接接头各项力学性能优良，焊缝组织为纯奥氏体组织，析出相很少，可以满足大型LNG储罐的设计要求。
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  绕管式换热器管束模态试验

  李明凯, 王越, 周川, 黄国锋, 谭蔚

  压力容器. 2022, 39(1): 27-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.004

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  通过建立绕管式换热器模态试验测试系统，研究缠绕管的固有振动特性。根据缠绕管的几何特性不同，将缠绕管划分为曲管与绕管。在同一测试位置，曲管两方向上的固有频率接近，阻尼比总体上分布在1.1%附近。靠近收口段的绕管固有频率远大于中间绕管区域，并且在各测点位置，径向的固有频率均略大于轴向的固有频率，表明绕管沿换热器轴线方向更易发生振动。研究结果为绕管的流致振动研究提供了基础数据。
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  电站冷凝器用钛钢复合板结合界面均匀性研究

  臧伟, 袁雪婷, 郭龙创, 张杭永

  压力容器. 2022, 39(1): 34-39,68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.005

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  采用高低爆速炸药分段式铺药的方式对钛/钢复合管板进行爆炸焊接。对爆炸复合法制备的电站冷凝器用29 m²、材料为Gr.2/Gr.70的管板结合界面的微观组织和力学性能进行了分析，结果表明，采用2 250～2 300 m/s的高低爆速和分段布药工艺制备的大面积钛/钢复合板，在无损检测时无杂波，结合界面均匀，力学性能符合ASTM B 898—2020标准，满足装备使用要求。
设计计算
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  中美标准中三种NEN型固定管板设计方法的比较

  薛明德, 李世玉, 吴坚, 杨旭

  压力容器. 2022, 39(1): 40-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.006

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  分析比较了我国工程界广泛应用的三种NEN型管壳式热交换器管板的设计方法：GB/T 151，JB 4732（2005年确认）和ASME BPVC Ⅷ-1。三者基本原理相同、力学模型相似，相对于JB 4732，为便于工程应用，GB/T 151和ASME Ⅷ-1又做了不同程度的简化。近年来，随着工业装置大型化，NEN型固定管板热交换器的结构参数已经大大超过GB/T 151的标准适用范围，笔者给出了三种设计方法的理论对比和7台不同大小NEN型热交换器管板算例以该三种设计方法计算了管板应力，对其中3个实例通过有限元应力分析与设计结果进行对比，并指出在工程设计实践中不同规范方法各自的适用参数范围，对于今后管板设计标准规范的修订工作具有借鉴意义。
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  双波纹自密封复合垫片结构优化及密封特性研究

  沈超, 张斌, 邵春雷, 顾伯勤, 宇晓明, 邓文飞

  压力容器. 2022, 39(1): 50-56,62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.007

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  针对管道高压工况条件，设计了一种具有自密封性能的镍钛合金双波纹复合垫片并对其进行研究。对自密封垫片结构参数进行优化设计，采用有限元方法研究了波纹数量、波纹幅值、波纹厚度和骨架厚度对垫片压缩回弹性能的影响，并比较了不同介质压力下相同结构参数的自密封垫片和常规波纹复合垫片的密封特性。结果表明，骨架厚度和波纹厚度对垫片回弹性能影响显著，自密封复合垫片最优设计方案为A₂B₁C₁D₁。相比于常规波纹复合垫片和双金属自密封波齿垫片，设计的自密封垫片在低介质压力下密封特性显著，在高介质压力下双波纹自密封复合垫片亦具有更好的密封性能。
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  分段式环形耐压壳设计与分析

  狄陈阳, 唐文献, 张建, 王芳, 王纬波

  压力容器. 2022, 39(1): 57-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.008

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  开展了分段式环形耐压壳的加强结构设计与分析。按照中国船级社耐压壳设计规范，采用数值分析的方法，设计了工作水深2 633 m的分段式环形耐压壳，研究了椭圆截面长短轴之比对分段环壳极限承载能力的影响规律，分析了环肋厚度对分段环形耐压壳性能的影响规律。结果表明，椭圆截面长、短轴比值为1.113，分段环壳具有良好的抗压性能。环肋的宽度达到一定阈值后，分段环壳临界屈曲载荷趋于稳定且表现为柱壳失稳。经过加强设计后的分段环壳，具有良好的浮力储备，以及优良的抗压性能。
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  位移载荷作用下U形波纹管的疲劳寿命研究

  王伟静, 杨玉强, 闫书丽, 李张治

  压力容器. 2022, 39(1): 63-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.009

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  金属波纹管膨胀节是受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一，具有一定的使用寿命，位移载荷会使波纹管产生超过屈服强度的应力，出现疲劳损伤，当累积损伤达到一定程度，波纹管就发生失效。对波纹管在内压及位移共同作用下进行疲劳寿命试验研究，结果表明，对称循环位移下波纹管的疲劳寿命最高，单侧压缩位移下波纹管的疲劳寿命最低，建议对膨胀节进行预变位安装，以提高膨胀节的使用寿命，该研究结果可为膨胀节的设计及应用提供参考。
标准规范
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  基于GB/T 34019标准与ASME Ⅷ-3标准的钢制瓶式容器疲劳寿命分析

  袁舒梦, 黄淞, 惠虎

  压力容器. 2022, 39(1): 69-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.010

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  为研究GB/T 34019标准与ASME Ⅷ-3标准在计算压力容器临界裂纹扩展寿命时的差异，采用ANSYS软件建立不同设计压力和直径的4130X钢制瓶式容器，并利用自编的MATLAB疲劳计算程序计算临界裂纹循环次数，考察了应力强度因子和疲劳失效判据对容器设计疲劳寿命评价的影响。分析结果表明，在容器设计压力40～90 MPa、公称直径406～720 mm的研究范围内，对于指定的内壁轴向裂纹，GB/T 34019方法计算得到的应力强度因子值比ASME Ⅷ-3大，但由于GB/T 34019采用的断裂韧度判据比ASME Ⅷ-3失效评定图法（FAD）的双参量判据更宽松，导致GB/T 34019计算得到的疲劳寿命更长。因此认为，采用ASME Ⅷ-3的应力强度因子解和双参量判据进行疲劳裂纹扩展分析相对保守。
检验与维护
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  承压管道磁记忆检测缺陷信号量化数值研究

  郭凯, 梁鸿, 常金鹏, 潘文杰, 牟彦春, 曹丽琴, 张红升

  压力容器. 2022, 39(1): 79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2022.01.011

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  利用Ansys数值模拟软件，对含埋藏缺陷的承压管道进行磁记忆检测有限元模拟，分析磁记忆信号值在不同缺陷参数、不同应力状态下的变化规律。结果表明，磁记忆信号可以对管道埋藏型裂纹及气孔产生的应力集中进行表征，随着缺陷埋深的减小与内压载荷的增加，磁记忆信号变化幅度增大，法向梯度极值增加。通过法向和切向信号协同分析，可以实现对缺陷信号的量化。