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火灾危险源安全措施
火灾危险源安全措施
2、英国含缺陷结构完整性评定标准(R6)R6-Rev.4:
2001是在英国BritishEnergy(英国核电公司)、BNFL(英国核燃料公司)及AEA(英国原子能管理局)组成的结构完整性评定规程联合体下的R6研究组编制的。
R6第3版后已陆续地增补了10个新附录,由于近年来断裂力学评定技术的发展特别是SINTAP、BS7910和美国API579的出现,故而吸收世界各国研究进展和R6自己发展计划决定对R6作了全面修改,于2001年颁布了第4次修订版。
现将主要变化介绍如下:
2.1失效评定曲线三种选择的变化
(1)R6-op.1的原失效评定曲线被SINTAP的第0级的曲线取代,即由:
(30)改为:
(1)以保证在低处与R6-op.2曲线一致,对有屈服平台材料Lrmax取等于1。
(2)R6-op.2改为有三种曲线。
原R6-op.2曲线仍保留,被称为材料特征的选择2曲线(式23),用于已知材料应力应变关系数据时建立选择2曲线。
在不知道材料应力应变关系数据时,采用SINTAP第1级(基本级)失效评定曲线的研究成果,给出的两种可供选择的近似曲线,分别用于无屈服平台的连续屈服材料和有屈服平台的非连续屈服材料,只要求知道材料的屈服强度、抗拉强度和杨式模量,不需要知道应力应变关系曲线。
一种是连续屈服(即无屈服平台)材料用的近似选择2曲线。
在Lr<1的范围内,(9)在Lr>1但(7)这里,f2cr
(1)为按式(3)在Lr=1时的(Lr)值。
(10)N为材料应力-塑性应变关系用幂函数拟合表示时的指数,可用式(8)近似估算。
(8)另一种就是不连续屈服(有屈服平台)材料的近似选择2曲线。
在Lr<1处:
(3)在Lr=1处的f2dy(Lr)为:
(4)这里(5)屈服平台长度可按下式估算(6)在1(7)在利用上述新失效评定曲线时必然会发现一个问题,如果既无应力应变关系数据,又不知道其是否是非连续屈服(有屈服平台)材料,该如果办呢?
规范给出了根据材料屈服强度、材料化学组成及热处理方式判断是否为不连续屈服材料的导则。
(3)R6-op.3曲线没有更改2.2分析类别的变化取消了原R6的允许有限量撕裂的第2类分析。
第1类分析和第3类分析已改名,直截了当地称为基于起裂的分析和基于延性撕裂的分析。
2.3结果意义的评价方法的变化:
增补了在有多个一次载荷作用时"评定结果意义"的评价方法,但取消了原来的一次加二次的联合载荷时确定FL的图解法。
2.4R6附录的发展与变化1986年R6-Rev.3时已有8个附录,它们是:
1.断裂韧性值的确定2.塑性屈服载荷分析3.应力强度应子的确定4.Krs的计算5.计算机辅助的计算6.疲劳和环境导致裂纹扩展的计算7.Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型载荷下的计算8.由C-Mn(低碳)钢制作结构完整性评定。
R6第3版颁布后又陆续地增补了10个新附录,反映了安全评定技术的范围日益扩大,它们是:
9.LBB分析10.概率断裂力学11.位移控制载荷分析12.焊接残余应力的确定13.载荷历史的影响(包括水压试验、温预应力,载荷次序及持续载荷的影响)14.考虑拘束度的修正15.裂纹止裂16.强度不匹配17.局部法18.有限元法。
加上过去1986年版的8个附录,到1999年时已经有了18个附录了。
到2000年正式出版第4版前,他们将这些内容又全部进行补充修订,考虑到新版不再设置附录,而将这些附录的内容分散到文本中,分别以节的名义出现。
整个文本分为五章:
第一章:
基本规程第二章:
基本规程的输入第三章:
其他评定方法第四章:
一览表(包括极限载荷解,强度不匹配的极限载荷解,应力强度因子解及残余应力分布)第五章:
验证及应用案例大部分新附录均列入第三章(其他评定方法),共分14节,用于替换第一章的基本规程,这些方法又分为三类:
第一类是用于特定评定目的的新方法,包括LBB评定、裂纹止裂评定、概率断裂评定和位移控制载荷时的评定。
第二类是使第一章的基本方法不必要的保守程度降低从而更精确的一些评定方法,可以计算出更明确的安全裕度。
包括拘束度影响的修正、强度不匹配影响的修正、局部法导则及加载历史的影响。
第三类为进一步支持第一章基本方法的一些方法,包括有限元导则、J积分估算法、持续载荷评定、Ⅰ型Ⅱ型加Ⅲ型载荷下的评定及C-Mn(低碳)钢结构的评定。
下面简单介绍几个读者可能感兴趣的新方法。
2.5裂纹止裂评定在1999年的R6时为附录15,在2000年颁布时被列为第三章第12节,这是2000年新增的评定方法,全文长15页。
有时会遇到即使发生脆性裂纹起裂,但有可能自动止裂而不发生撕裂失稳失效。
例如热冲击事件的孔边裂纹开裂后的扩展,一方面,裂纹扩展是向温度较高区域扩展,材料断裂韧度越来越大,另一方面,由于裂尖离孔边越远,应力强度应子越低,断裂推动力不断下降,因而当断裂推动力低于裂尖温度下的断裂韧度时就有可能止裂。
裂纹止裂取决于裂纹体几何尺寸、承受载荷、温度和材料,止裂应该考虑动态效应,并且动态断裂韧度是温度的函数。
本评定方法就是给出该裂纹能否止裂的评定。
R6在该节中提供了两种方法,一种是基于材料静态性能K1a的静态分析法(Ⅲ-15.5.1),另一种是基于材料动态性能K1d、K1A的动态分析法(Ⅲ-12.5.2)。
在静态分析中引入了一个系数fs以说明动态的影响,但fs值的大小还值得进一步研究。
2.6局部法评定为R6第4版第3章第9节的方法,长22页,在第5章给出了一个验证案例,长10页。
局部法是基于裂纹尖端或尖缺口处的应力应变、局部损伤与其断裂临界状态有关的事实,是材料失效微观力学模型在工程上的应用。
这些方法是通过材料特征参量来标定的,这些参量是参考试验数据、定量金相和有限元分析的联合而推导出来的。
一旦求得该材料的参量,由于认为它们和试件几何尺寸无关,与载荷无关,从而可用于评定该材料制的任何结构。
R6的Ⅲ-9节中给出了四种局部法模型,它们是a.Beremin解理断裂模型[Ⅲ-9.6]b.Beremin延性断裂模型[Ⅲ-9.7]c.Rousselier损伤力学模型[Ⅲ-9.8]d.Gurson损伤力学模型[Ⅲ-9.9]第1个模型是解理断裂模型,其他3个都是延性损伤模型。
Beremin的两个模型用于预期裂纹起裂,Rousselier和Gurson的两个模型既可用于预期起裂,又可用于预期撕裂行为。
2.7焊缝不匹配的影响R6的基本方法用于焊缝裂纹评定时采用裂尖区材料的断裂韧度,材料的拉伸性能是采用缺陷所在部位最弱区的材料拉伸性能,这样做是十分保守的。
而R6第4版第3章第8节给出的焊缝不匹配影响的评定方法更为精确,从而可以减小用第1章的方法进行评定时的过保守性。
这一方法采用了SINTAP第2级(不匹配级)的方法,没有实质的不同,只是编写的形式不同。
组合材料的当量关系与SINTAP一样,即式(24)。
M、M(εP)、的定义及计算均与SINTAP的一致,不再需要说明。
不同的是R6在不匹配评定时的失效评定曲线仍然采用三种选择,如1.2.1节所述,因为选择2有三种曲线,共有5条失效评定曲线。
所以R6第4版不匹配时的失效评定曲线的内容就是分别给出不同失效评定曲线在焊缝材料不匹配时的表达式,N、μ和λ都应是不匹配焊件裂纹体的值,NM、μM和λM.但它的计算办法的来源仍取至SINTAP的成果。
截止线分别为:
OP.1时,Lrmax取(31)OP.2及OP.3时,Lrmax取(32)这里为曲线的屈服强度和抗拉强度的平均值。
评定时Lr的计算:
(33)式中F为引起一次应力的载荷,FyM为两种材料组合元件按及为屈服应力的刚性-完全塑性材料假设计算的结构塑性屈服载荷。
FyM解是通过有限元分析获得的。
R6第4版第9章Ⅳ.2节专门给出了强度不匹配时的极限载荷解,包括缺陷位于焊缝不同位置的平板、圆筒或三点弯试样的极限载荷FyM的解,长达23页。
从已获得的的解可看,不论是过匹配(M>1)还是欠匹配(M<1),FyM/FyB值(即不匹配焊接接头的塑性极限载荷与纯母材的塑性极限载荷之比)总是处于1至M之间。
因而M<1的欠匹配时,可取(FyBM)下限值为FyM,在M>1的过匹配时取FyM等于FyB,总是保守的。
在过匹配时,(焊缝厚/剩余韧带)越大,或者(a/w)越小,焊缝不匹配对极限载荷(FyM/FyB)的影响越低。
如果裂纹靠近熔合线,FyM值非常接近FyB的值。
在欠匹配时(a/w)值不影响FyM,尤其在(焊缝厚/剩余韧带)值较大的时候。
2.8持续载荷(sustainedlocal)对延性材料,即使温度低于蠕变范围也可能发生与时间有关的塑性变形,因而受持续载荷结构可能在应力水平低于其在单调加载和位移加载时的塑性失效载荷下发生断裂。
然而通常仅发现在持续载荷接近单调加载的塑性极限载荷时才发生失效。
但在较低载荷下可能发生有限裂纹扩展,导致结构承载能力的降低。
试件试验显示,奥氏体钢和铁素体钢在持续载荷达到或超过全面屈服(即Lr=1)时才可能发生与时间有关的断裂,这些试验是铁素体钢在室温和70℃进行的。
因而在评定时当Lr<1时不必要考虑持续载荷。
316钢在室温下试验表明,Lr<0.65持续时间小于100h时持续载荷效应可略而不计,在再持续1h以后相对因子0.65的值才很慢地减小。
铁素体钢当Lr<0.9时也可不考虑。
本规程给出了考虑持续载荷效应的评定方法,其原理是考虑持续时间内塑性应变积累对Lr和Kr的影响,即对评定点位置的影响,仍然用失效评定图进行断裂评定和塑性失效评定。
一般采用选择1曲线,也可采用其他高级的失效评定曲线。
根据实验认为持续载荷效应对Lrmax值没有影响。
评定的过程是先选择持续时间th内允许的裂纹扩展量△a0,当然△a0应该小于断裂实效的裂纹扩展量△af=af-a0(af为断裂临界尺寸),并有足够的安全系数。
定义a1=a0+△a0,材料的断裂韧度也应该是相应于△a0的断裂韧度Kmat(△a0)。
按a1及计算Lr。
由Lr得到值,再确定参考应变,它是参考应力和持续时间的函数,可由评定温度下的恒应力蠕变曲线或等时的单向应力应变数据获得。
然后计算Kr=K1(a)/Kmat(Δa0)和评定点的纵坐标。
将(Lr,Ktr)点在失效评定图中完成评定工作。
3、英国标准BSIPD6493的修改版--BS7910金属结构中缺陷验收评定方法导则PD6493:
1991已与PD6539:
1994(高温评定方法)[15]合并,根据它们近十年来研究成果,包括SINTAP的欧洲统一安全评定方法的研究成果,于2000年发表了修正版,称为BS7910:
1999,规范名称改为"金属结构中缺陷验收评定方法导则"。
3.1断裂评定方法的变化仍然是三级评定。
原来的初级评定内容基本不变,但改称简化评定方法,采用失效评定图法。
而原PD6493中的COD设计曲线法被列入BS7910的附录N,COD设计曲线的地位进一步下降。
第2级正常评定法经历了一个曲折的修改过程。
原PD6493:
1991版的第2级正常评定法为老R6(第2版)的COD窄条区模型失效评定曲线。
1995年及1997年的修改草稿中改为三种选择,第一种为1991版的窄条区模型失效评定曲线,用于的低硬化材料,第二种为R6第3版的OP.1曲线,用于的高硬化材料,第三种为R6第3版的OP.2曲线,反映出PD6493全盘R6化的过程。
由于近年SINTAP的成功实现了欧洲安全评定方法的统一化,在2000年BS7910:
1999颁布时,和R6第4版一样均采用了SINTAP的统一成果,COD窄条区模型的失效评定曲线也取消了。
BS7910的第2级正常评定的失效评定曲线改为两种,即2A级和2B级。
2B级曲线与原PD6493:
1991版的第3级评定曲线相同,即R6第3版的OP.2曲线(式23)。
2A级曲线采用SI
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