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原文传递基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统

专利名称：	基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统
摘要：	本发明实施例公开了一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统，基于断裂力学理论，用于静密封隔绝环境中材料与高压氢气的相容性试验方法，采用紧凑拉伸试样(CT试样)与螺栓加载紧凑拉伸试样(WOL试样)进行，通过该试验方法可以衡量试样材料在恒位移加载状态下的裂纹氢致开裂敏感性以及螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢环境中的临界应力强度因子值KIH，根据本发明方法获得的材料参数不仅可用于衡量材料在高压氢环境中的适用性，还可以为氢环境服役装备的设计制造提供必要的设计参数，试验过程可采用远程监控，避免试验人员近距离接触氢气高压试验装置，降低了试验风险。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国特种设备检测研究院
发明人：	翟建明;商学欣;于海洋;孙永辉;张雪涛;王汉奎;宋明;桂乐乐;徐彤
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910790920.0
公开号：	CN110455627A
代理机构：	北京知呱呱知识产权代理有限公司
代理人：	彭伶俐
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100029北京市朝阳区和平街西苑2号
主权项：	1.一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述方法包括：使用待测试材料制备紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样；对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别进行疲劳裂纹预制；对预制疲劳裂纹的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别加载载荷；将加载载荷的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别在静密封高压氢气环境中放置一段时间进行试验；试验完成后对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行卸载；对卸载后的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行冷脆拉断，分别测量并计算试样在试验前后的断面裂纹扩展量Δl；根据所述断面裂纹扩展量Δl分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值KIH。 2.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述根据所述断面裂纹扩展量分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值KIH，包括：对于所述紧凑拉伸试样，若0≤Δl≤0.25mm，且满足平面应变假设准则则该试样材料适用于试验压力下的氢气环境；若0≤Δl≤0.25mm，但不满足平面应变假设准则在满足未爆先漏设计准则条件下，则该试样材料可选用试验时的厚度适用于试验压力下的氢气环境；若Δl＞0.25mm，则该试样材料不适用于该试验压力下的氢气环境；其中，Δl＝le-l0，l0为试样试验前的初始断面裂纹长度，le为试样试验后的终止断面裂纹长度，KI0为试验前试样加载载荷的应力强度因子值，KIe为试验后试样卸载载荷的应力强度因子值，Rp0.2为试样材料的屈服强度，B为试样的厚度，W为试样的宽度。 3.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述根据所述断面裂纹扩展量分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值KIH，包括：对于所述螺栓加载紧凑拉伸试样，若0≤Δl≤0.25mm，且满足平面应变假设准则则该试样材料适用于试验压力下的氢气环境，KIH＝0.5KI0；若0≤Δl≤0.25mm，但不满足平面应变假设准则在满足未爆先漏设计准则条件下，则该试样材料在试验厚度下适用于试验压力下的氢气环境，KIH＝0.5KI0；若Δl＞0.25mm，则该试样材料不适用于该试验压力下的氢气环境，KIH＝KIe；其中，Δl＝le-l0，l0为试样试验前的初始断面裂纹长度，le为试样试验后的终止断面裂纹长度，KI0为试验前试样加载载荷的应力强度因子值，KIe为试验后试样卸载载荷的应力强度因子值，Rp0.2为试样材料的屈服强度，B为试样的厚度，W为试样的宽度。 4.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述方法还包括：所述螺栓加载紧凑拉伸试样在加载载荷之前以及卸载载荷之后均进行载荷F-缺口张开位移V曲线的标定；根据加载载荷时试样的实际缺口张开位移和加载载荷之前标定的载荷F-缺口张开位移V曲线获得加载载荷，以及根据卸载载荷时试样的实际缺口张开位移和卸载载荷之后标定的载荷F-缺口张开位移V曲线获得卸载载荷；根据所述加载载荷和卸载载荷分别计算得到应力强度因子值KI0和应力强度因子值KIe。 5.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述对预制疲劳裂纹的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别加载载荷，包括：所述紧凑拉伸试样采用楔形块加载，所述螺栓加载紧凑拉伸试样采用螺栓加载。 6.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述对卸载后的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行低温拉断，分别测量并计算试样在试验前后的断面裂纹扩展量Δl之前，还包括：对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别进行着色处理或二次疲劳处理。 7.根据权利要求1所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法，其特征在于，所述对预制疲劳裂纹的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别加载载荷，包括：根据推荐加载值对所述螺栓加载紧凑拉伸试样进行加载；当所述螺栓加载紧凑拉伸试样的屈服强度Rp0.2接近621MPa时，推荐加载值KI为159～198；当所述螺栓加载紧凑拉伸试样的屈服强度Rp0.2接近759MPa时，推荐加载值KI为93～159；当所述螺栓加载紧凑拉伸试样的屈服强度Rp0.2接近897MPa时，推荐加载值KI为71～115。 8.一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性测试系统，其特征在于，所述系统包括：试样准备模块，用于使用待测试材料制备紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样；裂纹预制模块，用于对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别进行疲劳裂纹预制；加载模块，用于对预制疲劳裂纹的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别加载载荷；试验模块，用于将加载载荷的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样分别在静密封高压氢气环境中放置一段时间进行试验；卸载模块，用于在试验完成后对所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行卸载；断面测量模块，用于对卸载后的所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样进行冷脆拉断，分别测量并计算试样在试验前后的断面裂纹扩展量Δl；相容性评价模块，用于根据所述断面裂纹扩展量Δl分别对所述紧凑拉伸试样、螺栓加载紧凑拉伸试样与高压氢气的相容性进行评价，并计算螺栓加载紧凑拉伸试样在高压氢气环境下的临界应力强度因子值KIH。 9.根据权利要求8所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性测试系统，其特征在于，所述试验模块包括用于提供试验所需的静密封高压氢气环境的高压储氢釜，所述高压储氢釜上设置有用于试验完成后将氢气排出的排气口，所述高压储氢釜连接有用于氢气增压的增压设备，所述紧凑拉伸试样和螺栓加载紧凑拉伸试样上设置有用于检试样变形信息的检测装置，所述检测装置以及高压储氢釜均连接数据采集系统，所述高压储氢釜连接有远程控制系统、监控系统以及报警系统。 10.根据权利要求9所述的一种基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性测试系统，其特征在于，所述检测装置包括应变片、引伸计或LVDT位移传感器。
所属类别：	发明专利