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基于ANSYS有限元法的含双点及组合腐蚀缺陷管道应力分析

孙丽丽 , 王尊策 , 王勇 , 张旭昀 , 韩军 , 徐子怡 , 毕凤琴

兵器材料科学与工程

以大庆采油六厂埋地管道实测腐蚀缺陷为依据,用ANSYS有限元软件模拟了含双点及组合腐蚀缺陷管道表面的应力状态,研究方形、椭圆形两种双点腐蚀缺陷及组合腐蚀缺陷尺寸对管道最大等效应力的影响规律。结果表明:双点方形、椭圆形腐蚀缺陷间距分别大于60、40 mm,两缺陷相互独立,对管道剩余强度无影响;在干涉距离内,双点方形腐蚀缺陷深度对等效应力影响最大,而双点椭圆形缺陷的深度、长度和宽度影响均较大;随组合腐蚀缺陷深度增加,管道模拟等效应力增加,大尺寸缺陷深度对等效应力影响程度较大。

关键词: 双点腐蚀 , 组合腐蚀 , 应力状态 , ANSYS

超硬B-C-N化合物晶体和电子结构的第一性原理研究

张旭昀 , 张正江 , 孙丽丽 , 王勇 , 刘勇

人工晶体学报

基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的从头计算平面波超软赝势方法,从超硬材料BeCN2的结构(I-42d)出发,设计了B-C-N三元化合物,计算了弹性常数、声子谱、态密度、理论维氏硬度和高压下的物性变化.结果表明:四方结构B-C-N三元化合物有B2CN、BC2N和BCN2三种不同晶胞,其中BC2N力学稳定性和动力学稳定性较好.BC2N体积模量高达338 GPa,晶体结构中存在金属键,具有很强的共价键.BC2N的维氏硬度为49.0 GPa,属于超硬材料.压缩率低于超硬材料cg-CN,杨氏模量、体积模量、剪切模量和泊松系数均随外压的增大而增大,反映出结构的刚性、抗横向、切向及纵向形变能力增强.

关键词: 超硬材料 , 三元化合物 , 维氏硬度 , BC2N

乳液种类对膨胀型防火涂料理化性能和防火性能的影响

张旭昀 , 王勇 , 孙丽丽 , 万德立

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2007.04.007

配制了以聚醋酸乙烯酯(PEA)乳液、苯丙乳液和纯丙乳液为成膜基料的乳液型膨胀防火涂料,通过涂料常规性能测试和小室燃烧试验,对3种涂料的理化性能和防火性能进行了比较分析.结果表明,PEA乳液型涂料质量损失大,炭化体积最小,膨胀效果极佳,防火效果最好;纯丙乳液型涂料的理化性能最好;而苯丙乳液型涂料则兼有理化性能和防火性能的优点,成本低、环保性强,可以满足防火涂料的各项需要.

关键词: 防火涂料 , 苯丙乳液 , 纯丙乳液 , 聚醋酸乙烯酯乳液 , 理化性能 , 防火性能

Ni,Mo和Cu添加对13Cr不锈钢组织和抗CO2腐蚀性能的影响

张旭昀 , 高明浩 , 徐子怡 , 王勇 , 毕凤琴

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2013.08.006

采用正交实验法,通过等离子电弧炉制备添加不同含量Ni,Mo和Cu元素的13Cr不锈钢,研究合金的微观组织、结构特征以及饱和CO2油田采出液中的腐蚀电化学和高温高压浸泡腐蚀行为.结果表明:合金组织主要为马氏体和铁素体,随Ni,Mo和Cu含量不同而变化;Ni4Mo 1.2Cu14合金中马氏体含量较高,硬度达到296.48HV1.0;所有合金均呈现出明显钝化特征,Ni4 Mo12Cu14合金具有最低的维钝电流密度2.99×10 6A·cm 2和最高的点蚀电位0.35V(SCE),钝化稳定性最高;制备合金在高温高压下的浸泡腐蚀速率为0.041~0.053mm/a,低于0.076mm/a;Ni,Mo和Cu元素加入提高了合金的自腐蚀电位,降低了腐蚀倾向,其中Cu对于改善合金耐蚀性能作用最为突出.

关键词: 合金化 , 13Cr , 组织 , 二氧化碳腐蚀

腐蚀缺陷管道风险评估有限元模拟研究

张伟 , 王勇 , 毕凤琴 , 张旭昀 , 朱霞

腐蚀与防护 doi:10.3969/j.issn.1005-748X.2007.12.016

腐蚀缺陷的破裂是管道的主要失效形式.通过建立实体单元并考虑几何非线性和材料的非线性,采用线弹性有限元模型对腐蚀缺陷管道参数进行了计算和分析.通过对模型上不同形状和位置的缺陷进行模拟,设定不同的压力条件和缺陷处管壁的厚度,分别计算出在每个压力情况下不同厚度时缺陷处强度值,得出腐蚀缺陷管道内压、缺陷厚度与缺陷处应力三者之间的关系,进而对腐蚀缺陷管道进行初步的风险评估.

关键词: 腐蚀管道 , 风险评估 , 有限元分析 , ANSYS

20钢和P110钢CO2腐蚀静态及动态缓蚀性能研究

王勇 , 李洋 , 孙世斌 , 张旭昀 , 徐子怡 , 毕凤琴

兵器材料科学与工程

借助高温高压腐蚀反应釜,测试了咪唑啉和有机胺类缓蚀剂在饱和CO2油田采出液对20和P110钢的静态和动态缓蚀行为,并对表面腐蚀形貌进行分析.结果表明:20钢静态电化学行为呈现活性溶解而P110钢发生钝化,缓蚀剂加入后均降低了腐蚀电流.缓蚀剂浓度是影响20和P110钢动态缓蚀行为的显著因素,材料表面均匀致密的产物膜层直接影响其缓蚀效果.

关键词: CO2腐蚀 , 缓蚀剂 , 电化学 , 动态 , 20 , P110

铝钎焊用锌基合金钎料的制备及钎焊接头的组织和抗剪强度

马志鹏 , 闫久春 , 张旭昀 , 郭光伟

机械工程材料

采用高频感应加热装置制备了锌基合金钎料,并以纯铝为母材进行润湿试验,并采用该钎料分别对2A12铝合金、55%SiCp/Al复合材料进行钎焊,分析了合金钎料的显微组织、成分、熔化温度范围,并对合金钎料及钎焊接头的拉剪强度进行了测试.结果表明:自制锌基合金钎料主要由α-Al固溶体、η-Zn固溶体和共晶组织组成,熔化温度区间为361~398℃;锌基合金钎料在纯铝上具有较好的润湿性;使用锌基合金钎料钎焊铝合金,其钎缝组织为η-Zn相、细小的共晶组织、树枝状及块状的α-Al相;钎焊55 %SiCp/Al复合材料,其钎缝组织由铝的共析组织、η-Zn相、条纹状共晶组织及细小的共晶组织组成;钎料、2A12铝合金钎焊接头以及55%SiCp/Al复合材料钎焊接头的抗剪强度分别为237,127,109 MPa.

关键词: 锌基钎料 , 钎焊 , 铝合金 , 润湿性

复合填料协同制备低发射率与低光泽兼容涂层

毕凤琴 , 张成果 , 徐子怡 , 张旭昀 , 王勇

兵器材料科学与工程

在低发射率涂层中添加有机消光剂进行消光处理,涂层的光泽度明显降低,但涂层的发射率也大幅升高;通过对加入消光剂后发射率升高原因进行分析,提出发射率与光泽度兼容涂层的模型;用不同型号的铝粉代替消光剂,探讨用复合填料制备低发射率低光泽兼容涂层的规律.其中进行复合的金属铝粉的漂浮态及遮盖力对结果有很大影响.

关键词: 低发射率 , 低光泽度 , 复合填料 , 涂层

激光单道与多道熔覆Ni+Cr3C2复合涂层的组织及硬度

张大伟 , 雷廷权 , 李福军 , 张旭昀

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2001.03.006

对激光单道与多道搭接熔覆Ni+Cr3 C2复合涂层的组织、硬度及其影响因素进行了研究.在60mm×10mm×10mm(多道熔覆)和60mm×20mm×10mm(单道熔覆)两种45钢基材试样上,采用同一激光处理工艺参数(P=1.7kW,Vs=5mm@s-1,D=3mm)熔覆同一涂层材料(Ni+50%Cr3C2),涂层的成分、组织随搭接工艺不同(0和0.5搭接率)而发生变化,使单道与多道熔覆层的显微硬度分别为1100-1200HV和380-480HV.多道搭接熔覆产生的重稀释导致涂层中的硬质相数量明显少于单道熔覆层,是造成涂层硬度下降的主要影响因素.对激光熔池的凝固速率以及"二次加热”产生的熔道退火效应对涂层硬度的影响进行了分析.

关键词: 激光熔覆 , 多道搭接 , Ni+Cr3C2复合涂层 , 组织 , 硬度

Fe基高Cr激光熔覆涂层CO2腐蚀行为研究

孙丽丽 , 朱闯 , 王勇 , 张旭昀 , 毕凤琴

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2012.05.006

采用电化学工作站测试了激光熔覆Fe-20Cr、Fe-30Cr、Fe-40Cr涂层在含CO2饱和地层水中的腐蚀行为,研究了温度和Cl-浓度对其腐蚀的影响规律,并与P110套管钢进行了对比.通过对涂层进行X射线衍射(XRD)分析,解释了涂层Cr含量不同时耐蚀性的差异.结果表明:随温度升高,涂层钝化区间变窄,耐蚀性随温度升高而降低;当温度为85℃时,涂层具有比P110钢更低的腐蚀倾向和更优异的抗点蚀性;Cl-浓度与耐蚀性存在一临界值,当Cl-浓度达1 mol/L时,腐蚀性最强.低Cr含量的Fe-20Cr涂层具有较高的耐蚀性,随着Cr含量的增加,Cr23C6、Cr7C3等碳化物在晶界处析出,产生晶体贫铬区,进而降低了高Cr含量涂层的耐蚀性.

关键词: Fe基高Cr , 激光熔覆 , CO2腐蚀 , 饱和地层水

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