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准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢管考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢管在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢管计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢管的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢管结构体系强震分析提供有力工具。不锈钢管具有良好的耐腐蚀性、耐久性、较高的延性、优良的抗火性能以及冲击韧性,并兼具美观环保等特点,是一种高性能钢材,能够很好地适应严苛的外部环境,因此,越来越被广泛应用于建筑及桥梁结构中。基于目前强烈地震频发的现状,结构的抗震性能是研究的热点。在强震作用下,结构主要依靠材料自身的弹塑性滞回行为来抵御外荷载,表现为超低周疲劳特征,为此,一些学者进行了不锈钢管弹塑性疲劳试验研究,探讨不锈钢管材的循环受力特征。由于结构在强烈地震作用下的动力响应过程十分复杂,考察结构在罕遇地震作用下的真实状态时,常用的方法包括振动台动力试验或弹塑性动力时程分析。由于振动台试验费用高且加载工况有限,因此目前多采用弹塑性时程模拟方法来预测结构在强烈地震作用下的动力响应。在数值模拟中,准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如图1所示,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。普通钢材已经具有较成熟的滞回本构模型,但不锈钢管的本构模型与普通钢材有明显的不同。普通钢材的材料单调加载曲线具有明显的屈服点和屈服平台,而不锈钢管则表现出强烈的非线性特征,如图2(a)和图2(b)所示。此外,不锈钢管的循环强化特征以及再加载软化行为也与普通钢材有较大区别,如图2(c)和图2(d)所示。不锈钢管性能的特殊性必然会导致整体结构的滞回行为与普通钢结构有明显不同,因此,需要根据不锈钢管的受力特征,提出适用于此种材料的准确滞回本构模型。
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不锈钢管的内外表层都有良好的钝化层,所以它的耐腐蚀能力很强。不锈钢管内外表面光洁度高,介质粘附很少有利于耐腐蚀。管内表面光洁度高液体介质滞留越少,有利于冲洗,特别在制药行业。接下来不锈钢管小编来给大家介绍一下。管内表面电解抛光(电化学抛光):电解抛光液是磷酸、硫酸、铬酐、明胶、重铬酸钾等。不锈钢管内表面在阳极上,抛光液在和内流动通以低电压大电流而进行电解抛光处理。这时管内表面同时进行着两个相互矛盾的过程,即金属表面钝化层(含稠性粘膜)生成与溶解。由于表面微观的凸起部分和凹进部分成膜进入钝化的条件是不同的,又由于阳极溶解。不锈钢管由于表面微观凸起部分和凹进部分成膜进入钝化的条件是不同的,又由于阳极溶解,阳极区金属盐浓度不断增加,在表面形成一种高电阻的稠性粘膜。该膜在凹凸处厚度不同导致阳极表面电流密度大,放电溶解速度快,在短时间内达到削平突出的微观部分的目的,能达到很高的光洁度Ra≤0.2-0.4μm。并在这种作用下,管内表增加了铬含量,增加了金属表面钝化层的耐腐蚀能力。 如何掌握不锈钢管抛光的质量要与电解液配方、浓度、温度、通电时间、电流密度、电极状况、管表面处理程度等有关。技术掌握不好反而会破坏管表面光洁度,电解程度过大会出现更多更大的凹凸面,甚至条管报废,真正制作好质量需要一定技术,费用成本较高。 管内表面机械抛光:有旋转与直线抛光。这里以旋转机械抛光为例:机械抛光设备较为简单,动力与抛光盘、抛光设备较为简单,动力与抛光盘、抛光蜡。采用逐级细砂粒作的布盘与布盘在管内外表面上来回多次多道进行抛光处理,光洁度能达到Ra≤0.2-0.4μm。 不锈钢管机械抛光与电解抛光相比较具有设备简单、技术含量低容易掌握,费用成本也低,不会破坏管而造成报废,因此广泛地应用。
对于不锈钢管的热输入,Young-Pyo Kim等人[38]对不同壁厚的X65管进行了电极电弧焊和钨弧焊试验。研究表明:8mm厚钢管电极电弧焊的热输入范围为11.0kJ/cm~21.8kJ/cm,10mm厚不锈钢钢管的热输入范围为18.0kJ/cm~29.5kJ/cm。8mm厚管的热输入为22.2kJ/cm~41.7kJ/cm,10mm厚不锈钢管的热输入为19.5kJ/cm~47.6kJ/cm。国内Zhang Dehmatsu[39]对厚度为10mm的X65管线钢进行了自动埋弧焊对焊接,研究了热输入对金属组织和性能的影响。他发现当热输入达到2022J/mm时,管线钢的低温冲击吸收能达到 。对于热输入的计算公式,Carl E.Jaske研究得出了60/1000Hvis的热输入计算公式(其中:H——热输入,kJ/mm;V——电压,V;I-电流,A;S——焊接速度,mm/min)。国内,曹崇珍等[41]将其总结为/IHKVAS=(其中:Ih——热输入,J/mm;K-系数,对焊K=0.85,角焊K=0.57;V——焊接电压,取平均值,V;A——焊接电流,取平均值,A;S——焊接速度,取平均值,mm/S)。可以看出,国内外的热输入计算公式存在差异。可采用常规设备(安培钳、电压表、秒表等)或专用电弧监测设备,实现对热输入电平的测量。热输入水平也可以通过消耗比(一段时间内沉积的长度与电极消耗的长度之比)方案来控制。无论选择何种方法来控制热输入,焊机在操作前都应该使用试板进行电极沉积试验,以确保热输入是合理的。热输入的指标是焊接线能量。随着线能的增加,热影响区 硬度降低,可降低产生硬化组织的倾向,更有利于防止氢致开裂。然而,线能量的增加会导致焊透的增加,而焊透有可能导致焊透。因此,需要平衡焊接热输入,在不烧透不锈钢管的情况下,提高焊接热输入。
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