裂纹尖端张开位移试验在导管架建造中的应用

裂纹尖端张开位移(CTOD)允许值研究摘要：现有规范对裂纹尖端张开位移(CTOD)允许值的描述，偏重于材料本身力学性能，一定程度上忽略了服役环境因素，致使CTOD允许值偏于保守。

通过对某项目EQ70(38 mm)系列用钢进行缺陷评估，发现如果考虑环境因素，其保守度会有所降低，由此提出环境CTOD允许值概念。

并基于欧盟“结构完整性评定方法”(SINTAP标准)，对CTOD允许值进一步分析，得出关于CTOD允许值的求解方法，并导出其定量计算式，为材料的验收和拒收提供了依据，具有一定的工程实践意义。

关键词：CTOD允许值; 保守度; 缺陷评估; SINTAP裂纹尖端张开位移(CTOD)表征的是缺陷材料裂纹尖端抵抗裂纹扩展的能力，这一判定指标可被用于材料弹性阶段、小范围屈服直至大范围屈服的各个阶段。

因此, CTOD值作为韧性参数，相比于理想弹塑性下的J积分与小范围屈服的夏比冲击功，有其独特的优势。

自20世纪以来，CTOD 作为材料的断裂韧度测试评判标准，已被广泛应用于各国工程领域中。

但是，很多规范只涉及到了CTOD试验准则及选择标准，对于CTOD允许值的问题则描述很少[1]。

CTOD允许值即结构所能容忍的CTOD最小值δmin，当测试结果大于或等于CTOD允许值时，认为材料的断裂韧度是合格的，反之，则不合格。

而且，大量工程实践表明，相关规范中给出的CTOD值非常保守，这违背了“合于使用”原则。

因此，笔者结合某项目EQ系列钢板缺陷失效评估的研究，对CTOD允许值问题提出了自己的见解，并导出了一个关于CTOD允许值的定量算式。

1 SINTAP原理以断裂力学为基础的SINTAP，对含缺陷结构的安全可靠性评估，主要有两种途径，即FAD和CDF。

CDF指的是裂纹推动力，通常用J积分来进行研究[2]。

由于本文以CTOD试验为依托，所以采用另一种途径FAD，即材料缺陷失效评定，如图1所示。

注：A为可接受区域；B为极限情况；C为不可接受区域。

用裂纹尖端张开位移法评价焊接接头韧性苗张木1 军2 王志坚2蒋 陶德馨1 李永信1 陈冰泉1 彭永春3(1 武汉理工大学交通学院; 2 深圳赤湾胜宝旺工程有限公司; 3 中国船级社)摘 要 用夏比 (ch a rp y ) 冲击试验值来评定焊接接头的韧性, 有一定的局限性, 而用裂纹 尖端张开位移 (简称 C T OD ) 试验方法能较准确地评价焊接接头的韧性。

介绍了裂纹尖端张开 位移的含义, C T O D 试验所用的主要设备及试验过程。

用 C T OD 试验方法对导管架焊接接头 的韧性进行了评定。

试验结果表明: 用 C T OD 试验评价焊接接头韧性, 效果良好, C TO D 试验 还可以作为焊接工艺认可试验, 也可用于评价不同焊接工艺的优劣。

关键词 焊接接头 韧性 裂纹尖端张开位移0 引 言性不足会造成失效, 但韧性过高也会使制造困难 从而增加成本。

因而工程实践中要求将焊接接头 的韧性控制在一个合理的范围内, 而要这样做, 首 先要能够准确评价焊接接头的韧性。

评价焊接接头韧性的传统试 验 方 法 是 夏 比(C h a rp y ) 冲击试验。

但是夏比冲击韧性实际上是一个衡量焊接接头抗冲击能力的指标, 它不能全 面反映焊接接头的真实韧性, 也不能解释焊接接 头的失效机制, 更不能反映焊接残余应力、焊接接 头几何尺寸约束等因素对韧性的影响。

因此, 用夏 比冲击韧性值来评价焊接接头的韧性, 有明显的 局限性。

随着断裂力学学科的发展, 已有一种裂纹尖 端张开位移 ( 简称 C TO D ) 试验方法, 能较准确地 评价焊接接头的韧性。

1991 年, 英国焊接研究所 焊接是制造业的基础工艺与技术, 焊接结构 是结构物的重要组成部分。

焊接技术和焊接结构 广泛应用于经济建设的许多领域, 如航空航天、核 能利用、高层建筑、船舶与海洋工程等等。

焊接接 头是焊接结构的基本单元, 也是焊接结构强度和 韧性的薄弱环节。

裂纹尖端张开位移（CTOD）试验方法的进展──美国
ASTME1290标准简介
王宽福;匡继勇
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】1994(16)3
【摘要】介绍了美国ＡＳＴＭＥ１２９０一８９标准的主要内容和进展，为我国ＣＯＤ试验方法标准的修订提供重要的参考。

【总页数】4页(P77-80)
【关键词】裂纹;裂纹张开位移;试验法;美国;金属材料
【作者】王宽福;匡继勇
【作者单位】浙江大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.57
【相关文献】
1.2219铝合金搅拌摩擦焊接头裂纹尖端张开位移（CTOD）试验研究 [J], 杜岩峰;田志杰;王一;张彦华
2.中美两国裂纹尖端张开位移测试方法标准的比较和评价 [J], 王宽福
3.高压釜用钢裂纹尖端张开位移（CTOD）的试验研究 [J], 李恩勤;谢奎龙
4.美国ASTM裂纹尖端张开位移（CTOD）试验方法新标准简介 [J], 王宽福;匡继
勇
5.连铸10CrNi3MoV钢裂纹尖端张开位移(CTOD)试验研究 [J], 王任甫;吉嘉龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

焊接接头裂纹张开位移(cod)试验方法焊接接头裂纹张开位移(COD)试验方法引言：焊接接头是工程结构中常见的连接方式之一，其质量直接影响到结构的可靠性和安全性。

而焊接接头裂纹是一种常见的缺陷形式，会导致接头的失效。

因此，对焊接接头的裂纹张开位移进行试验分析具有重要意义。

本文将介绍焊接接头裂纹张开位移试验方法及其应用。

一、试验目的焊接接头裂纹张开位移(COD)试验的目的是通过施加外部载荷，测量焊接接头裂纹张开的位移，从而评估接头的裂纹扩展性能。

这对于评估焊接接头质量、预测其寿命以及设计更可靠的接头具有重要意义。

二、试验原理焊接接头裂纹张开位移试验基于线弹性力学原理。

在试验中，通过施加外部载荷，使焊接接头中的裂纹开始张开。

同时，根据力学原理，可以推导出裂纹张开位移与载荷之间的关系。

通过测量裂纹张开位移，可以评估焊接接头的裂纹扩展性能。

三、试验设备和步骤1. 试验设备：a. 外部载荷施加装置：可以是万能试验机、拉伸试验机等。

b. 位移测量装置：常用的有应变计、位移传感器等。

c. 裂纹检测装置：常用的有裂纹扩展计等。

2. 试验步骤：a. 准备工作：清洁焊接接头表面，确保无杂质和油脂。

安装位移测量装置和裂纹检测装置。

b. 施加外部载荷：根据设计要求，施加逐渐增加的外部载荷，直至裂纹开始张开。

c. 测量裂纹张开位移：通过位移测量装置记录裂纹张开的位移值。

d. 停止载荷：当达到预定的裂纹张开位移值后，停止施加外部载荷，记录此时的载荷数值。

四、试验数据分析通过试验获得的数据可以进行以下分析：1. 裂纹张开位移-载荷曲线：将裂纹张开位移与施加的外部载荷绘制成曲线，可以得到裂纹张开位移-载荷关系曲线。

这可以用来评估焊接接头的裂纹扩展性能。

2. 裂纹张开位移的变化规律：通过对试验数据的分析，可以得到裂纹张开位移随外部载荷增加而增大的规律。

这有助于理解焊接接头在不同载荷下的裂纹扩展行为。

3. 裂纹张开位移的影响因素：通过对试验数据的分析，可以探究影响焊接接头裂纹张开位移的因素，如焊接材料、裂纹形态等。

裂纹尖端张开位移试验在平台建造中的应用许文兵(中国海洋石油东海公司　上海　200030) 提　要　论述了焊接结构发生低应力脆性断裂的特点、原因以及用于评定材料断裂韧性的方法,总结了裂纹尖端张开位移试验的程序及其在平湖油气田平台建造中的成功应用。

关键词　CT O D 试验　断裂韧性疲劳裂纹　脆性断裂 中图分类号　P752　O346 平湖油气田平台是一个海上钻井、生产和生活的综合性平台,整体吊装式四腿导管架由以六个立柱为主的空间框架组成,顶部的八个支点与甲板的八个腿柱相连。

结构型式优化的导管架采用大量的厚壁结构,导管架腿柱和关键管节点的壁厚均在两英寸以上,这就给焊接工作提出了很高的要求。

如果采用传统的焊接工艺程序,则需进行大量的焊后热处理工作。

平湖油气田平台合同技术规格书规定:所有钢材壁厚超过两英寸的全焊透结构焊接组件均需按照美国焊接学会AW S D 1.1有关章节的要求进行应力消除的焊后热处理;同时也规定:如果采用合适的焊接工艺程序,在做焊接工艺评定时,对焊接组件的焊缝金属和热影响区位置各取三个试件进行裂纹尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement,简称CTOD)试验,如试验结果满足规范和技术规格书的要求,则应用该焊接工艺程序焊接的焊接组件无需进行应力消除的焊后热处理。

收稿日期:1999-05-19许文兵　男,1972年生　工学硕士　工程师 CTO D 试验是在代表工程应用的实际最低工作温度和应变率条件下,使用具有实际原型全厚度尺寸并预制疲劳裂纹的试件进行的。

通过CTOD 试验可以得到用于工程断裂力学分析和缺陷估计的定量资料;求得的C TOD 值是裂纹尖端张开位移的临界值,反映了材料的断裂韧性指标。

CTOD 值与预计的应力值(包括残余应力)和缺陷尺寸有关。

1　焊接构件的脆性断裂 人们对焊接结构的断裂韧性要求是通过对一些焊接结构出现脆性断裂事故的研究后提出的。

最具代表性的脆性断裂事故有美国T -2型油船、自由型及其改进型——胜利型商船脆断、比利时阿贝尔特运河焊接铁桥脆断等。

基于三维有限元模拟高钢级管线钢断裂过程中的裂纹尖端张开角陈福来【摘要】High pressure, rich gas transmission pipeline requires the development of measuring method of Crack Tip Opening Angle (CTOA). The simulation of high -grade pipeline steel CTOA specimen fracture process has been carried out with the 3D finite element method. The results showed that the deviations of the finite elements calculation values and the experimental values of the (CTOA)care 10.38% ~ 17.5% , and the pipeline steel (CTOA)C is increased with specimen thickness increased, and they have linear relation. The fitting predicted formulas of pipeline steel (CTOA) c were acquired by analyzing results of finite elements calculation.%高压、富气的输送管道需要管道钢裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法。

采用三维有限元方法模拟了高钢级CTOA试件的断裂扩展过程。

(CTOA)c的有限元计算值与试验实测值的偏差为10.38％～17.5％，且管线钢的(CTOA)c随试件厚度的增加而增大，并呈线性关系。

基于对有限元计算结果的分析，拟合得到了管线钢(CTOA)c的预测公式。

X80管线钢裂纹尖端张开角的试验研究
陈福来;帅健;祝宝利
【期刊名称】《压力容器》
【年(卷),期】2010(027)010
【摘要】高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法.采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X80 管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA 值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为.结果表明:试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,韧带太厚的试件不易得到稳态扩展过程.韧带厚度为4,8 mm 试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.8°,12.8°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在5～25,2～10 之间.
【总页数】5页(P8-11,55)
【作者】陈福来;帅健;祝宝利
【作者单位】中国石油天然气勘探开发公司,北京,100034;中国石油大学,机械与储运工程学院,北京,102249;中国石油天然气勘探开发公司,北京,100034
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
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1.基于裂纹尖端张开角含轴向穿透裂纹X80管道极限压力预测 [J], 曹宇光;甄莹;贺娅娅;张士华;孙永泰;衣海娇;刘帆
2.基于启裂载荷的临界裂纹尖端张开角确定 [J], 鲁龙坤;王生楠;周俊杰;李刚
3.裂纹尖端张开角在飞机金属薄壁结构中的应用 [J], 鲁龙坤; 庄茁; 柳占立
4.X70管道钢裂纹尖端张开角的试验研究 [J], 帅健;陈福来;刘梅玲;冯耀荣;庄传晶
5.基于裂纹尖端张开角准则的多裂纹薄壁结构剩余强度分析 [J], 黄祥龙;张晓晶;白国娟;徐武;汪海
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海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析作者：黄洲扬来源：《环球市场》2019年第10期摘要：对于一些大型的海洋钢结构导管架来说，需要通过正交实验获得合理的焊接工艺和适当的焊接材料，这样可以将焊接工艺参数优化，使得焊接接头的韧性更强，将不必要的焊后热处理免除。

本文对海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析进行探讨，供参考。

关键词：海洋钢结构；大尺寸；焊接接头；CTOD断裂韧性；试验；分析经过相关的研究结果显示，海洋大厚壁钢结构的钢材和焊接接头的韧性是评价裂纹尖端张开位移的重要参数。

相较于传统的V形夏比冲击试验，钢材或是焊接接头的抵抗开裂能力通过断裂韧性能得到准确的反映，通过断裂韧性实验结果可以将焊接前、后的热处理工艺进行优化，从而提供充足的依据给海洋平台焊接结构。

一、焊接工艺和母材（一）母材在本文实验中所选的海洋平台用钢是66毫米和95毫米的D36-Z35钢，这两种钢板的化学成分如下表1所示：表1D36-Z35钢化学成分。

（二）焊接工艺如果选择的钢板是厚度为95毫米的D36-Z35，可以选择单丝埋弧焊工艺，使用LA-71焊丝作为填充金属，试验中选择的是F8500焊剂。

在本文实验中选择的坡口形式和焊接位置是：对于A组试样选择的是X形斜坡口、1G位置的焊接；B组试样选择的是K形斜坡口、1G焊接；110℃的预热温度，其道间的温度不能超过159℃。

厚度为60毫米的钢板，可以使用药芯焊丝保护焊工艺，焊丝使用的是DWA-55L作为填充金属。

对于坡口和焊接位置：对于A组试样需要使用X形斜坡口、3G焊接；对于B组试样需要使用单面斜坡口、3G来进行焊接。

将预热温度调整为72℃，其道间的温度不能超过146℃。

二、实验原理和实验过程（一）制备试样完成焊接后，对于CTOD试样可以采用机加工的方法来得到。

在本次实验中选择的试样是3点弯曲试样，其上有事先预制好的疲劳裂纹，焊缝的方向要和试样的长度方向保持相互间的垂直。

海管焊接接头全壁厚裂纹尖端张开位移试验麦耀松【摘要】The crack tip opening displacement (CTOD) test is one of important test projects of the submarine pipeline. Test samples are usually rectangular cross-sectional sample, as the sample is only part of the welding joint, and it can not fully reflect the fracture toughness of the welding joint. The full-thickness sample was prepared according to ]KS 7448: Part2. 1997 requirements, and the CTOD test was done at a low temperature of -10 °C, the CTOD value was compared with the resul t of rectangular cross-sectional sample, and a better fracture toughness was gotten by the full-thickness sample, it was found that the CTOD was related to the stress state, chemical composition and microstructure, the fracture toughness of full-thickness sample was obviously better than the sub-size sample, the full-thickness sample could better reflect the true fracture toughness of welding joint and guide for engineering design.%裂纹尖端张开位移（CTOD）试验是深海管线管的一个重要试验项目，试验通常使用矩形横截面试样，由于该试样是截取焊接接头的一部分，并不能很好地反映整个焊接接头的断裂韧度。