高強(qiáng)鋼板包申格效應(yīng)對(duì)管道屈服強(qiáng)度的影響及估算中文摘要

研究微合金化高強(qiáng)度控軋鋼板在制管和檢驗(yàn)中的包申格效應(yīng)，對(duì)比軸向加載與彎曲加載包申格效應(yīng)的異同與相互關(guān)系，分離管道構(gòu)件結(jié)構(gòu)應(yīng)力與殘余應(yīng)力對(duì)管道屈服強(qiáng)度的影響，采用彎板彈塑性理論和有限元計(jì)算，提出高強(qiáng)度鋼板包申格效應(yīng)對(duì)管道屈服強(qiáng)度影響的估算公式，為輸油管線建設(shè)中急需解決的最合理的屈服強(qiáng)度（鋼級(jí)）及屈強(qiáng)比指標(biāo)要求提供理論依據(jù)。

影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素有：結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。

如將金屬的屈服強(qiáng)度與陶瓷、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來(lái)看，可以有四種強(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度，這就是：(1)固溶強(qiáng)化；(2)形變強(qiáng)化；(3)沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化；(4)晶界和亞晶強(qiáng)化。沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)合金中提高材料屈服強(qiáng)度的最常用的手段。在這幾種強(qiáng)化機(jī)制中，前三種機(jī)制在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)，也降低了塑性，只有細(xì)化晶粒和亞晶，既能提高強(qiáng)度又能增加塑性。

影響屈服強(qiáng)度的外在因素有：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。

隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高,材料的屈服強(qiáng)度升高，尤其是體心立方金屬對(duì)溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強(qiáng)度是反映材料的內(nèi)在性能的一個(gè)本質(zhì)指標(biāo)，但應(yīng)力狀態(tài)不同，屈服強(qiáng)度值也不同。我們通常所說(shuō)的材料的屈服強(qiáng)度一般是指在單向拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度。

為了在AMESim軟件中準(zhǔn)確分析閥門(mén)的性能，根據(jù)平衡方程推導(dǎo)了閥門(mén)膜片的有效直徑與氣體壓力、軸直徑以及軸兩個(gè)端口集中力等因 素之間的關(guān)系，并得出有效直徑的計(jì)算公式；以減壓閥的膜片組合件為例，采用軟件ABAQUS建立其有限元模型，計(jì)算出閥盤(pán)的位移，從而推導(dǎo)出軸兩端口集中力的計(jì)算公式，最后分析了膜片有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化。

有效直徑膜片有效直徑的計(jì)算

得到設(shè)計(jì)的壓縮量后，在兩個(gè)彈簧末端施加相應(yīng)的位移，此位移等于設(shè)計(jì)的預(yù)壓縮量，然后在膜片承受氣體壓力的一側(cè)施加設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的均布?jí)毫?，?jì)算出相應(yīng)的閥盤(pán)位移。

變化氣體壓力的數(shù)值，可以得到膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化。閥盤(pán)的行程較小，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移的增大而增大，隨氣體壓力的增大而減小。除個(gè)別點(diǎn)外，閥盤(pán)位移與膜片的有效直徑基本上為線性關(guān)系，在精度要求不太高的情況下，如果閥盤(pán)的行程比較小，膜片的有效直徑與閥盤(pán)位移之間的關(guān)系可以近似用線性關(guān)系式表達(dá)。

有效直徑膜片厚度對(duì)有效直徑的影響分析

為了分析膜片在不同厚度下的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化，固定其他參數(shù)值，分別計(jì)算膜片厚度為0.15mm和 0.08mm兩種情況下膜片的有效直徑，變化作用在膜片上的氣體壓力，可以得到膜片在兩種厚度下的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化。

從膜片厚度為0.08mm的情況和膜片厚度為0.12的情況看到, 膜片的厚度越大，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移變化的速度越快。

有效直徑膜片的彈性模量對(duì)膜片有效直徑的影響

同樣，為了分析膜片的彈性模量對(duì)膜片有效直徑的影響，分別計(jì)算膜片在不同彈性模量下膜片的有效直徑，變化作用在膜片上的氣體壓力，可以得到膜片不同彈性模量下的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化。

彈性模量為200GPa時(shí)，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化 彈性模量為80GPa時(shí)，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化。很顯然，膜片的彈性模量越大，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移變化的速度越快。

膜片的厚度、彈性模量越大，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移變化的速度越快。實(shí)際上膜片的厚度、彈性模量對(duì)有效直徑的影響可以綜合為另一個(gè)參數(shù) ———膜片的剛度，由傳統(tǒng)的板殼理論可知膜片的剛度。膜片的厚度、彈性模量越大，其剛度也越大，也就是說(shuō)，膜片的剛度越大，膜片的有效直徑隨閥盤(pán)位移的變化越快。 2100433B

降水對(duì)作物蒸散過(guò)程的有效性受許多因子影響，其中降水特性、土壤特性、作物蒸散速率及灌溉管理是其中幾個(gè)主要的因子。

（1）降水特性

決定降水有效性的降水特性包括數(shù)量、頻率及強(qiáng)度。這些因子在空間及時(shí)間上的變化都很大，因而深入了解這些特性是設(shè)計(jì)及管理灌溉系統(tǒng)所必須的。雖然直接從植物或土壤表面蒸發(fā)的那部分降水對(duì)于減少作物蒸散也是有效的，但大部分有效降水必須滲入土壤，并貯存在根區(qū)。高強(qiáng)度的降水，即使持續(xù)時(shí)間很短，也可能因超過(guò)土壤的入滲速率而使有效性很低。大的降水過(guò)程，即使是那些強(qiáng)度低、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的降水也可能產(chǎn)生大量的徑流，并引起深層慘漏。強(qiáng)度低、持續(xù)時(shí)間短的降水通常有效性最高。

（2）土壤特性

土壤在作物水分供給過(guò)程中的作用就如同一個(gè)水庫(kù)。因此，土壤的水分吸收、保持、釋放及移動(dòng)等特性對(duì)降水的有效程度具有很大的影響。有效降水在很大程度上由土壤的入滲速率及土壤有效貯水量所決定。這兩個(gè)量都取決于土壤的含水量。干土的入滲率較高，有放貯存量大，因而能更有效地利用降水。

土壤的入滲率與土壤質(zhì)地密切相關(guān)。粗質(zhì)地的土壤（比如砂土）一般入滲率高，地表徑流也少。細(xì)質(zhì)地的土壤通常入滲率很低，易產(chǎn)生大量的徑流。

（3）作物蒸散

當(dāng)作物蒸發(fā)蒸騰速率較高時(shí)，土壤水分消耗得很快，從而可為貯存降水提供更大的庫(kù)容。如果發(fā)生降水，為達(dá)到田間持水量所需的水量就大，相應(yīng)地由徑流和深層滲漏所造成的水分流失就少。反之，如果蒸發(fā)蒸騰速率較低，土壤提供貯存降水空間的速率也低，接收水分的能力就小。如果發(fā)生降水，由徑流或深層滲漏造成的損失可能就要相對(duì)大些。

（4）灌溉管理措施

每次灌水過(guò)程的凈灌水量取決于作物根區(qū)貯存，可供植株使用的有效水分的能力和現(xiàn)有的灌溉管理措施。

在過(guò)去，管理灌溉系統(tǒng)時(shí)通常每次灌水都重新充滿整個(gè)土壤剖面。如果在一次灌溉之后馬上發(fā)生暴雨，那么降水中將只有其中很小的一部分重新充滿土壤剖面，而大部分降水則被損失掉了。因而，降水的有效性可能很低。制定灌溉計(jì)劃時(shí)，如果只允許土壤水分有很小的虧缺，那么用于貯存降水的土壤庫(kù)容也較??；相反，如果允許土壤宿較大的水分虧缺，土壤有效貯水能力將增大，降水的有效性就會(huì)提高。