双螺栓管夹在管线中的低周疲劳简述

双螺栓管夹以塑性状态下承受静载作用的元件，一定的峰值应力对元件的安全未必带来很大的危险。但在交变循环应力作用下，即使塑很好的材料，在峰值应力作用的部位，特别是大交变应变的部位，如双螺栓管夹、三通、弯管、大小头、阀门、法兰及与管子的连接处，就有可能在经过很小的循环次数下，产生疲劳裂纹，随之而来的是裂纹的扩展，最终导致元件泄漏或破裂。虽然大应变的部位只占元件上极小的范围，但它却影响整个管系的安全运行。

1、疲劳破坏的几种型式

如主汽管上的仪表管及疏水管，当设计或运行不当时，小管内液位变化导致主汽管壁温度的变化，温度的变化就要引起热胀冷缩，由于胀缩受约束，就引起交变应力。如果应力变化的范围很大，双螺栓管夹经过一定次数后就会出现裂纹。这样产生的裂纹通常称为热疲劳。

有些元件在腐蚀介质下工作，而且工作时应力也是变化的。如果应力变化很大，这种在电化学及应力的共同作用下，经过一定时间的使用后出现裂纹。这样双螺栓管夹产生的裂纹通常称为腐蚀疲劳。

在常温状态下工作的转动轴，它每转动一周，就受到一次应力循环。当交变应力较大时，经过很多（10⁵次以上）次数后出现裂纹。这样双螺栓管夹产生的裂纹通常称为应力疲劳。

火力发电厂的锅炉，汽水管道及汽轮机，在其使用期限内，不但承受正常运行应力的作用，还要承受多次启动、运行、停运及大幅度负荷变动产生交变应力的作用，在启停这个循环中，有些元件的某些部位受力是很复杂的，其数值也很大，如果某个环节（如设计或运行）考虑不同，就有可能造成双螺栓管夹损坏。因在整个使用期限内，这种循环的次数最多不超过十万次，故称这类疲劳为“低周疲劳”，也因在这循环下产生了大的应变，也称“应变疲劳”。

2、低周疲劳的特征简介

在高速转动机械的应力疲劳问题的计算中，因应力水平不算太高，交变循环应力是在弹笥范围内，因而可以进行无限寿命设计。在低周疲劳状态下，因应力水平比较高，其应变往往进入塑性区；又由于其频率很低，双螺栓管夹塑性滑移可以得到充分发展，更容易形成裂纹。这样，它就不能进行无限寿命设计，而是根据使用上的需要，预先确定一个安全循环次数作前提。

在应力疲劳问题的计算中，虽然要考虑各种应力的综合用用，但是双螺栓管夹可以采用弹性应力集中系数来考虑。在低周疲劳状态下，由于大应变使应力与应变不服从线性关系，所以就要用“应变集中”这个新物理量作为试验研究或计算的控制变量。在应变集中的情况下，有时也用应变与弹性模数来表示应力，这只是个“虚拟”的应力，只是为了研究的习惯而己。

在应力疲劳的无限寿命计算中，对应力的限定是来用疲劳强度。在低周疲劳的有限寿命设计中，双螺栓管夹通常是采用“许用应力范围”这悠闲的强度概念。

在应变疲劳状态下的应变集中区，强烈地影响位错密度及分布，使利方向的晶粒产生滑移，反复的滑移逐渐发展成微小的穿晶裂纹。裂纹形成后，在交变应变的继续作用下，裂纹不断扩展，最后因有效断面逐渐缩小，导致短时过载产生泄漏或破裂。特别对于有内部缺陷或早期损伤的部位，双螺栓管夹交变的大应变将引起位错密度与迁移成指数增长，导致快速破坏。低周疲劳的裂纹只发生在应变集中的微观区域，所以破坏后元件没有明显的宏观塑性变形。一般元件由于造成断裂原因的复合性，所以断口的外观形貌有时就不那么典型。

3、低周疲劳的几种验标方法简介

在电力生产的初期，人们没有特别注意低周疲劳问题，这类事故开始发生。当大容光焕发量参数机组的出现，双螺栓管夹应力计算方法的逐渐准确，设计工作应力的提高，强度较高的钢种的使用，特别是核动力装置的应用，低周疲劳问题逐渐为人们所重视，因而普遍开展了低周疲劳的研究，而且双螺栓管夹逐渐疲劳分析验算列入管道的设计中必须计算的项目之一。