馬　輝，傅志強(qiáng)，劉錫貝，李學(xué)軍

（天津出入境檢驗(yàn)檢疫局，天津 300201）

天然氣管道管彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)可行性研究

馬輝，傅志強(qiáng)，劉錫貝，李學(xué)軍

（天津出入境檢驗(yàn)檢疫局，天津 300201）

天然氣管道管檢驗(yàn)項(xiàng)目中壓扁和彎曲試驗(yàn)的選用因各標(biāo)準(zhǔn)體系間的差異存在一定分歧，所以依據(jù)壓扁和彎曲的試驗(yàn)方法，利用ANSYS有限元模擬軟件對(duì)鋼管的壓扁和彎曲試驗(yàn)分別進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓扁和彎曲試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程的直觀分析。通過(guò)對(duì)比壓扁和彎曲試樣變形部位殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布和變化，分析認(rèn)為彎曲試驗(yàn)的塑性變形程度大于壓扁試驗(yàn)，使鋼管更難通過(guò)彎曲試驗(yàn)。所以，彎曲試驗(yàn)可以代替壓扁試驗(yàn)用以評(píng)價(jià)鋼管塑性變形的能力。最后比較模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，取得較好的一致性。

壓扁試驗(yàn)；彎曲試驗(yàn)；模擬；應(yīng)力

0　引　言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的不斷加強(qiáng)，天然氣的需求和使用量劇增，但受到天然氣供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施等瓶頸的限制，中國(guó)天然氣用量的增長(zhǎng)依然存在很大挑戰(zhàn)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)大量的天然氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，用以滿足生產(chǎn)、進(jìn)口和運(yùn)輸?shù)男枨?，例如西氣東輸項(xiàng)目、中俄天然氣項(xiàng)目、港口的浮式LNG項(xiàng)目等。受此影響，管網(wǎng)建設(shè)用管的需求量也逐年增長(zhǎng)，尤其以輸送超低溫液化氣體管道及其管部件用管的需求量增長(zhǎng)迅猛，以天津口岸進(jìn)口的ASTM A333系列低溫?zé)o縫鋼管為例，2014年進(jìn)口量約為516t，2015年上半年進(jìn)口量約為362t。隨著進(jìn)口量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)這種進(jìn)口鋼管的質(zhì)量檢驗(yàn)也顯得尤為重要。

此類鋼管執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)體系眾多，各體系間對(duì)鋼管檢測(cè)項(xiàng)目的要求雖各有不同，但基本上以化學(xué)成分、拉伸性能、沖擊吸收能以及工藝性試驗(yàn)為主。常見(jiàn)的工藝性能試驗(yàn)方法包括壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)?zāi)康幕鞠嗤怯钟懈髯缘奶攸c(diǎn)，壓扁和彎曲試驗(yàn)的異同點(diǎn)見(jiàn)表1，從中可以看出，彎曲比壓扁更簡(jiǎn)便，更節(jié)約試驗(yàn)材料。但是常見(jiàn)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中，壓扁試驗(yàn)是口徑較小管材的首選試驗(yàn)，如果管材外徑較大或壁厚較大，標(biāo)準(zhǔn)中才會(huì)提出使用彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)。但是并非所有的標(biāo)準(zhǔn)體系都認(rèn)同可用彎曲試驗(yàn)替代壓扁試驗(yàn)，有的標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)替代做出規(guī)定或未對(duì)超出壓扁試驗(yàn)規(guī)定尺寸的鋼管工藝性能檢測(cè)提供有效的替代方法，那么就無(wú)法評(píng)價(jià)材料的塑性變形能力并暴露其材料的缺陷。

各標(biāo)準(zhǔn)體系之間存在的差異說(shuō)明，在彎曲試驗(yàn)替代壓扁試驗(yàn)問(wèn)題上，共識(shí)與分歧同在。共識(shí)主要是兩種方法都是對(duì)材料的塑性進(jìn)行檢驗(yàn)，兩者測(cè)試的目的相同，試樣的承載力相似，判據(jù)基本一致。分歧則主要是在工程實(shí)踐中兩種方法的選擇，壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)?zāi)姆N更為嚴(yán)格。因?yàn)橥ǔ罕馀c彎曲試驗(yàn)完全依靠肉眼觀察變形部位產(chǎn)生的裂紋為判定依據(jù)，無(wú)法對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行直觀的衡量和比較。所以，本文利用ANSYS有限元模擬軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析了壓扁和彎曲試驗(yàn)，并且對(duì)試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行了比較，對(duì)彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)可行性進(jìn)行了討論。

1　試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)選用的管材規(guī)格為OD168.3mm×10mm，牌號(hào)為Gr.6，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A333M——2011《低溫用無(wú)縫與焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》［1］，是常見(jiàn)的天然氣管道用管，本次試驗(yàn)使用的鋼管理化性能檢測(cè)如表2所示。壓扁試樣為全截面管段，長(zhǎng)65mm。彎曲試樣為橫向片狀，規(guī)格為原始厚度×20 mm（寬）×250 mm（長(zhǎng)），取自與壓扁試樣同一管件。壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)均按照ASTM A370M——2012《鋼制品機(jī)械性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》［2］進(jìn)行，鋼管壓扁的形變系數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取0.08，據(jù)此計(jì)算壓扁高度H= 112mm；彎曲試驗(yàn)壓頭直徑25mm，支輥跨距50mm，彎曲角度180°。

2　建立數(shù)值仿真模型

在ANSYS前處理器中建立的壓扁和彎曲試驗(yàn)的有限元仿真模型主要考慮以下4個(gè)方面。

1）材料模型

采用合理的材料模型是數(shù)值模擬能夠取得成功的必要條件，無(wú)論是壓扁試驗(yàn)還是彎曲試驗(yàn)都是塑性變形的過(guò)程，因?yàn)閮煞N試驗(yàn)的應(yīng)變速率較低，屬于靜應(yīng)變范疇，因此本次模擬試樣選用了與應(yīng)變率無(wú)關(guān)的雙線性各向同性硬化模型，消除應(yīng)變率對(duì)試驗(yàn)的影響，其非線性本構(gòu)關(guān)系如圖1所示：z為應(yīng)變，φ為應(yīng)力，zmax為最大屈服應(yīng)變，A點(diǎn)為屈服點(diǎn)，OA段的斜率為彈性模量，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榍?yīng)力和應(yīng)變［3］。材料基本屬性如表3所示。參與試驗(yàn)的壓板、壓頭及支輥采用剛性體模型，并且對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行了限制，這樣可以大大縮減顯示分析的計(jì)算時(shí)間。

圖1　雙線性各向同性模型本構(gòu)關(guān)系

表1　壓扁和彎曲試驗(yàn)的異同點(diǎn)

表2　Gr.6理化性能參數(shù)

表3　材料基本屬性

表4　施加的載荷

圖2　壓扁試驗(yàn)在不同時(shí)刻Von Mises應(yīng)力云圖

2）幾何模型及網(wǎng)格的劃分

依據(jù)保證準(zhǔn)確度，提高計(jì)算效率的原則，以試件中心為對(duì)稱建立的1/2幾何模型，對(duì)試件采用較密的網(wǎng)格劃分，其余部分采用相對(duì)粗的網(wǎng)格。

3）定義接觸、約束和施加載荷

壓扁和彎曲的過(guò)程是物體與物體間的表面接觸，并且不需要發(fā)生穿透，所以采用ASSC自動(dòng)接觸。因?yàn)橹挥?/2的模型，所以在對(duì)稱軸所在的平面定義了對(duì)稱邊界條件，并限制了X軸方向的位移。施加的載荷為時(shí)間-位移，如表4所示。為提高計(jì)算效率，時(shí)間均被縮小1/1000，但不影響結(jié)果分析，值得說(shuō)明的是壓扁試驗(yàn)機(jī)在實(shí)際試驗(yàn)中只有一個(gè)壓板施力移動(dòng)，另一個(gè)壓板一般靜止不動(dòng)，根據(jù)反作用力原理，兩個(gè)壓板受力是相同的，但在計(jì)算機(jī)模擬中定義的是位移載荷，如果只定義其中一個(gè)壓板，系統(tǒng)則認(rèn)為另一個(gè)壓板不受力，與實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程不符，所以為保證模擬試驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)的一致性，壓扁試驗(yàn)定義兩個(gè)壓板同時(shí)相對(duì)位移H/2。

4）求解控制

在求解控制中，主要是設(shè)置質(zhì)量阻尼與計(jì)算終止時(shí)間，其余的一些控制項(xiàng)可采用軟件中的默認(rèn)設(shè)置。計(jì)算終止時(shí)間應(yīng)足夠大到使模型中節(jié)點(diǎn)不發(fā)生振蕩而形成穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場(chǎng)?？梢灶A(yù)先設(shè)置一個(gè)時(shí)間值，然后以分析結(jié)果中模型能量時(shí)間曲線上動(dòng)能為零的時(shí)刻作為最后的計(jì)算終止時(shí)間。

3　壓扁試驗(yàn)與彎曲試驗(yàn)的比較

3.1壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的模擬結(jié)果

圖2為壓扁試驗(yàn)在不同時(shí)刻Von Mises應(yīng)力云圖。0.001s時(shí)，應(yīng)力主要集中在12∶00和6∶00方向，等效應(yīng)力最大值約為333MPa；0.003s時(shí)，應(yīng)力主要集中在3∶00，6∶00，9∶00，12∶00方向，且這4個(gè)方向絕大部分區(qū)域均處于當(dāng)前峰值范圍，等效應(yīng)力最大值約為355 MPa；0.005 s時(shí)，3∶00，6∶00，9∶00，12∶00方向受力面積逐漸增大，而3∶00，9∶00方向應(yīng)力峰值范圍區(qū)域正在縮小，6∶00和12∶00應(yīng)力峰值范圍區(qū)域正在增大，等效應(yīng)力最大值約為367 MPa；0.007 s時(shí)，即H≈OD/3位置時(shí)，6∶00和12∶00方向應(yīng)力開(kāi)始下降，應(yīng)力的峰值從集中在6∶00 和12∶00方向區(qū)域逐步轉(zhuǎn)移到3∶00和9∶00方向，等效應(yīng)力主要集中在3∶00和9∶00方向，最大值約為391 MPa；0.008 s時(shí)，6∶00，12∶00方向應(yīng)力最大值約降為369 MPa，直至試驗(yàn)結(jié)束6∶00和12∶00方向絕大部分區(qū)域均降為318 MPa，這部分區(qū)域應(yīng)力下降的主要原因是由于持續(xù)的下壓使鋼管開(kāi)始反向變形，使之產(chǎn)生了部分應(yīng)力的抵消；0.01 s時(shí)，3∶00和9∶00方向的最大應(yīng)力值為455 MPa。從應(yīng)力云圖上來(lái)看，鋼管在壓扁試驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)候，6∶00和12∶00方向應(yīng)力最大，但隨著時(shí)間變化，3∶00和9∶00應(yīng)力逐步成為應(yīng)力增大最快的部位，且最終外部邊緣部位以及內(nèi)部中心部位的應(yīng)力最大，表明在壓扁試驗(yàn)過(guò)程中這兩個(gè)部位最有可能首先出現(xiàn)裂紋或斷裂。

圖3　彎曲試驗(yàn)在不同時(shí)刻Von Mises應(yīng)力云圖

圖3為彎曲試驗(yàn)在不同時(shí)刻Von Mises應(yīng)力云圖，應(yīng)力主要集中在試樣受壓頭擠壓部位的中部區(qū)域。0.001 5 s時(shí)，等效應(yīng)力最大值約為495 MPa；0.002s時(shí)，等效應(yīng)力最大值約為509MPa；0.003s時(shí)，等效應(yīng)力最大值約為519MPa；0.004s時(shí)，等效應(yīng)力最大值約為516MPa。從應(yīng)力云圖上來(lái)看，在彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，彎曲中部始終處于應(yīng)力最大值，且向兩端逐漸降低，產(chǎn)生的應(yīng)力區(qū)域?yàn)橹л伩缇?0 mm范圍以內(nèi)。

3.2壓扁試驗(yàn)與彎曲試驗(yàn)變形部位應(yīng)力應(yīng)變對(duì)比分析

在壓扁和彎曲應(yīng)力云圖中分別標(biāo)定5個(gè)點(diǎn)，并生成這5個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間曲線和應(yīng)變-時(shí)間曲線，如圖4所示。

應(yīng)力-時(shí)間曲線顯示，隨著時(shí)間的增加，無(wú)論是壓扁還是彎曲，變形部位的應(yīng)力均在增加，最終在彎曲試驗(yàn)中產(chǎn)生的最大應(yīng)力比壓扁試驗(yàn)高約100MPa；壓扁試驗(yàn)標(biāo)定的5個(gè)點(diǎn)應(yīng)力曲線無(wú)明顯差異，基本上處于相近水平，而彎曲試驗(yàn)各點(diǎn)的應(yīng)力曲線差異明顯，彎曲中心高，兩側(cè)較低，具有明顯的應(yīng)力梯度；壓扁試驗(yàn)在0.002s時(shí)產(chǎn)生了屈服，屈服強(qiáng)度大約為300MPa，而彎曲試驗(yàn)在0.0015s時(shí)產(chǎn)生了屈服，大約為400MPa。

壓扁和彎曲試樣變形部位最終產(chǎn)生的這些區(qū)別，主要是因?yàn)閴罕膺^(guò)程中，3∶00和9∶00方向的變形受到的是間接載荷，處于“自由變形”狀態(tài)，變形部位為純彎曲，應(yīng)力比較集中，而并不像彎曲那樣，直接受到彎心的擠壓限制被迫變形，壓扁試驗(yàn)的塑性變形總會(huì)在比較容易變形的部位進(jìn)行，使得應(yīng)力梯度并沒(méi)有發(fā)揮主導(dǎo)作用或者說(shuō)應(yīng)力梯度的作用不明顯，變形很容易進(jìn)行，試樣處于形變強(qiáng)化的初級(jí)階段，即易滑移階段［4］。而在彎曲試驗(yàn)中，彎心“強(qiáng)迫”變形部位產(chǎn)生塑性變形，變形部位為擠壓與彎曲的組合變形，應(yīng)力較為分散，應(yīng)力梯度占主導(dǎo)地位，試樣的變形程度達(dá)到了線性形變強(qiáng)化階段或拋物線階段［4］，從而使試件得到強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度增高。一般認(rèn)為，屈服強(qiáng)度增加，塑性降低，斷裂韌性降低，脆性轉(zhuǎn)折溫度升高，易于出現(xiàn)冷脆斷裂［4］，所以鋼管更難通過(guò)彎曲試驗(yàn)。

應(yīng)變-時(shí)間曲線顯示，彎曲試驗(yàn)變形部位的最大應(yīng)變約為壓扁試驗(yàn)的2倍，彎曲試驗(yàn)的最大應(yīng)變高于壓扁試驗(yàn)直觀的證明了敬仕煜等［5］關(guān)于大口徑厚壁管彎曲試驗(yàn)相較于壓扁試驗(yàn)，塑性變形量更大，更為嚴(yán)格的觀點(diǎn)。

圖4　壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)中所標(biāo)定5個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間和應(yīng)變-時(shí)間曲線

4　實(shí)際檢測(cè)結(jié)果與模擬對(duì)比

4.1表面殘余應(yīng)力與模擬結(jié)果對(duì)比分析

壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)結(jié)束后，將檢測(cè)樣品以彎曲中心為中點(diǎn)，向兩邊各標(biāo)記兩點(diǎn)，間隔10 mm，分別進(jìn)行表面殘余應(yīng)力的檢測(cè)，殘余應(yīng)力采用X射線衍射的方法測(cè)定，執(zhí)行的方法標(biāo)準(zhǔn)為：ASTM E915——2010《殘余應(yīng)力測(cè)量用X射線衍射儀校準(zhǔn)檢定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》［6］、EN 15305——2008《無(wú)損檢驗(yàn)-使用X射線衍射分析剩余應(yīng)力的試驗(yàn)方法》［7］、GB/T 7704——2008《無(wú)損檢測(cè)X射線應(yīng)力測(cè)定方法》［8］，檢測(cè)儀器為Proto-iXRD型X射線應(yīng)力分析儀，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。

由于樣品卸載后回彈，從而導(dǎo)致所測(cè)定的表面殘余應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，而模擬結(jié)果以拉應(yīng)力為主，模擬加載時(shí)拉應(yīng)力越大的區(qū)域，卸載后實(shí)測(cè)的壓應(yīng)力越大，反之，壓應(yīng)力越小。因?yàn)樵谕患虞d條件下拉應(yīng)力越大，回彈變形的勢(shì)能也越大，卸載后產(chǎn)生的壓應(yīng)力也越大。另外，壓扁試樣的實(shí)測(cè)表面殘余壓應(yīng)力明顯高于彎曲試驗(yàn)，因?yàn)樵趬罕庠囼?yàn)過(guò)程中彎曲的部位始終處于形變強(qiáng)化的初級(jí)階段，變形部位為純彎曲，應(yīng)力較為集中，回彈變形的能力強(qiáng)，而彎曲試驗(yàn)過(guò)程早已經(jīng)達(dá)到了線性形變強(qiáng)化和拋物線階段，變形部位為擠壓和彎曲的組合變形，應(yīng)力比較分散，回彈變形的能力弱。模擬與實(shí)測(cè)出現(xiàn)的這些規(guī)律性對(duì)應(yīng)關(guān)系，能從側(cè)面表明模擬結(jié)果有一定的合理性。

值得注意的是，壓扁和彎曲試驗(yàn)一般都是在加載到預(yù)定位置和角度后，卸載觀察變形部位是否存在裂紋，壓扁試驗(yàn)如果卸載后觀察裂紋，尤其是試驗(yàn)后期產(chǎn)生的裂紋，很容易在較大的壓應(yīng)力作用下減小或消失，從而在判斷試驗(yàn)是否合格上出現(xiàn)失誤。彎曲試驗(yàn)卸載后，變形部位產(chǎn)生壓應(yīng)力相對(duì)較小，對(duì)后續(xù)的判定影響相對(duì)較小。

圖5　壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)中所標(biāo)定5個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線

5　討　論

從試驗(yàn)原理上講，壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)都是變形區(qū)域承受彎曲應(yīng)力之后判斷是否合格。壓扁試驗(yàn)的嚴(yán)格程度主要取決于壓扁高度H，H是隨鋼管的外徑、壁厚、形變系數(shù)變化而變化的函數(shù)；而彎曲試驗(yàn)的嚴(yán)格程度主要取決于彎曲角度、彎心直徑、試樣尺寸等，是一種隨試樣的彎曲角度、彎心直徑以及試樣橫截面的變化而變化的函數(shù)。兩種試驗(yàn)因其受到的影響因素較多，只能作為評(píng)估塑性的一種方法，而不能作為預(yù)測(cè)使用性能的量化手段。通常壓扁與彎曲試驗(yàn)只能完全依靠肉眼觀察變形部位產(chǎn)生的裂紋為判定依據(jù)，無(wú)法對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行直觀的衡量和比較。雖然也有很多學(xué)者采用了各類技術(shù)手段對(duì)兩種試驗(yàn)進(jìn)行了比較，但是基本上都是間接證明，所以長(zhǎng)期以來(lái)，分歧并沒(méi)有得到有效的解決。但是利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對(duì)壓扁和彎曲試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行的動(dòng)態(tài)定量分析發(fā)現(xiàn)，彎曲試驗(yàn)樣品變形部位產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和最大應(yīng)變高于壓扁試驗(yàn)樣品，直觀的說(shuō)明了彎曲試驗(yàn)的塑性變形程度大于壓扁試驗(yàn)。另外，試樣在彎曲試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生了高于壓扁試驗(yàn)的屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度的增加，使塑性降低，斷裂韌性降低，脆性轉(zhuǎn)折溫度升高，所以鋼管更難通過(guò)彎曲試驗(yàn)。如果僅從這兩個(gè)角度考慮，彎曲試驗(yàn)比壓扁試驗(yàn)更為嚴(yán)格，彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)在試驗(yàn)原理上是可行的。

從標(biāo)準(zhǔn)體系間的異同方面講，ASTM A333系列低溫?zé)o縫鋼管是眾多標(biāo)準(zhǔn)體系中在國(guó)際上較為通用的標(biāo)準(zhǔn)，而我國(guó)對(duì)應(yīng)此類標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 18984《低溫管道用無(wú)縫鋼管》。GB/T 18984——2003《低溫管道用無(wú)縫鋼管》［9］借鑒了JIS G 3460——1988《低溫管道用鋼管》［10］和JIS G 3464——1988《低溫設(shè)備用熱交換器鋼管》［11］中的基本內(nèi)容，而后者借鑒了ISO 9329-3——1997《壓力用無(wú)縫鋼管-交貨技術(shù)條件-第3部分：具有低溫性能的非合金鋼和合金鋼》［12］和ISO 9330-3——1997《壓力用焊接鋼管-交貨技術(shù)條件-第3部分：具有低溫性能的電阻和電感焊接的非合金和合金鋼管》［13］的基本內(nèi)容，也就是說(shuō)我國(guó)GB/T 18984是屬于ISO體系，其中的壓扁和彎曲試驗(yàn)基本上是從ISO移植而來(lái)，與ASTM體系的要求還是存在一定的差異。ASTM A333M——2011［1］中規(guī)定了檢驗(yàn)需要做壓扁試驗(yàn)，但是沒(méi)有規(guī)定對(duì)規(guī)格要求的范圍，也就是說(shuō)所有的鋼管都應(yīng)該做壓扁試驗(yàn)，對(duì)外徑過(guò)小或者過(guò)大等不適宜做壓扁試驗(yàn)的鋼管沒(méi)有明確提出解決方法。而GB/T 18984——2003中規(guī)定了外徑25～400 mm且壁厚不大于25 mm的鋼管應(yīng)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)［9］，但對(duì)超出這個(gè)范圍以外的沒(méi)有做出明確的要求。兩標(biāo)準(zhǔn)體系中對(duì)壓扁試驗(yàn)的合格判定依據(jù)也有一定的差異，ASTM A333M——2011［1］中引用參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM A999M——2014《合金鋼和不銹鋼鋼管通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》中規(guī)定由表面缺陷引起的淺表性開(kāi)裂不能作為拒收的理由［14］，而GB/T 18984——2003中明確規(guī)定壓扁試驗(yàn)后，試樣彎曲處外側(cè)不得出現(xiàn)裂縫或裂口［9］。也就是說(shuō)ASTM系列壓扁試驗(yàn)只檢驗(yàn)材料的塑性變形能力，表面的缺陷問(wèn)題由探傷結(jié)果決定，而GB/T 18984——2003不僅檢驗(yàn)鋼管的塑性變形能力，還有暴露表面缺陷的檢查，與探傷檢驗(yàn)部分內(nèi)容重疊。但是在壓扁試驗(yàn)開(kāi)裂的情況中由表面缺陷引起的開(kāi)裂占了較大的比例，這就給ASTM系列壓扁試驗(yàn)的判定帶來(lái)了一定的干擾因素，使GB/T 18984——2003中的壓扁試驗(yàn)變得相對(duì)更加嚴(yán)格。綜上所述，體系間的細(xì)小差異以及標(biāo)準(zhǔn)未考慮周全的真空區(qū)域給此類鋼管的檢驗(yàn)帶來(lái)一定的爭(zhēng)議。但是在ASTM體系和GB體系中，彎曲試驗(yàn)的合格評(píng)定條件都是以彎曲外表面無(wú)可見(jiàn)裂紋為準(zhǔn)，因而采用彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)考察鋼管的塑性變形能力執(zhí)行起來(lái)更容易，爭(zhēng)議更少。

6　結(jié)束語(yǔ)

1）依據(jù)壓扁和彎曲的試驗(yàn)方法，利用ANSYS有限元模擬軟件對(duì)壓扁和彎曲試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了直觀分析，結(jié)果顯示：彎曲試驗(yàn)樣品變形部位產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和最大應(yīng)變高于壓扁試驗(yàn)樣品，彎曲試驗(yàn)的塑性變形程度大于壓扁試驗(yàn)，鋼管更難通過(guò)彎曲試驗(yàn)，彎曲試驗(yàn)比壓扁試驗(yàn)更為嚴(yán)格。所以，彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)在試驗(yàn)原理方面是可行的。

2）從標(biāo)準(zhǔn)體系間的異同方面講，采用彎曲試驗(yàn)代替壓扁試驗(yàn)考察鋼管的塑性變形能力執(zhí)行起來(lái)更容易，爭(zhēng)議更少。

［1］Standard specification for seamless and welded steel pipe for low-temperature service：ASTM A333M：2011［S］. 2011.

［2］Standardtestmethodsand definitions for mechanical testing of steel products：ASTM A370M：2012［S］.2012

［3］楊道合，段隆臣.石油取芯鉆頭石墨模具在熱壓過(guò)程中的受力狀況分析［J］.金剛石與磨料磨具工程，2009（5）：56.

［4］孫茂才.金屬力學(xué)性能［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005：53-56.

［5］敬仕煜，郭英俊，姜筱紅，等.大口徑厚壁管壓扁試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)嚴(yán)格程度的比較［J］.理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2013 （49）：236-240.

［6］Standard test method for verifying the alignment of XRaydiffractioninstrumentationforresidualstress measurement：ASTM E915：2010［S］.2010.

［7］Non-destructive testing.Test method for residual stress analysis by X-ray diffraction：EN 15305：2008［S］.2008.

［8］無(wú)損檢測(cè)X射線應(yīng)力測(cè)定方法：GB/T 7704—2008［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［9］低溫管道用無(wú)縫鋼管：GB/T 18984—2003［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［10］Steel tubes for low temperature service：JIS G 3460：1988［S］.1988.

［11］Steel heat exchanger tubes for low temperature service：JIS G 3464：1988［S］.1988.

［12］Seamless steel tubes for pressure purposes——Technical deliveryconditions——Part3：Unalloyedandalloyed steels withspecifiedlowtemperatureproperties：ISO 9329-3：1997［S］.1997.

［13］Welded steel tubes for pressure purposes——Technical delivery conditions——Part 3：Electric resistanceand induction welded unalloyed and alloyed steel tubes with specified low temperature properties：ISO 9330-3：1997 ［S］.1997.

［14］Standard specification for general requirements for alloy and stainless steel pipe：ASTM A999M：2014［S］.2014.

（編輯：劉楊）

Feasibility study on gas pipeline bending test replacing flattening test

MA Hui，F(xiàn)U Zhiqiang，LIU Xibei，LI Xuejun
（Tianjin Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Tianjin 300201，China）

Divergence exists in choosing flattening or bending tests in natural gas pipeline test projects because of their respective standard systems.Visual analysis of the whole process is realized by ANSYS finite element simulation software stimulations on the basis of flattening and bending test methods.The distribution and changes of residual stress field of deformation parts in flattening and bending tests are compared.Analysis suggests that the plastic deformation degree of bending test is greater than that of flattening test，making it harder for steel pipes to pass through.Therefore，bending test can be used in place of flattening test for evaluating the plastic deformation ability of steel pipes.In the end，good consistency is seen in the comparison between simulation and actual measurement test results.

flattening test；bending test；simulation；stress

A

1674-5124（2016）07-0024-07

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.07.005

2015-11-23；

2016-01-04

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015IK270）

馬輝（1984-），男，天津市人，碩士，研究方向?yàn)榻饘俨牧蠙z測(cè)。