高强钢板包申格效应对管道屈服强度的影响及估算

研究微合金化高强度控轧钢板在制管和检验中的包申格效应，对比轴向加载与弯曲加载包申格效应的异同与相互关系，分离管道构件结构应力与残余应力对管道屈服强度的影响，采用弯板弹塑性理论和有限元计算，提出高强度钢板包申格效应对管道屈服强度影响的估算公式，为输油管线建设中急需解决的最合理的屈服强度（钢级）及屈强比指标要求提供理论依据。

影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。

如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。

影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。

随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。

为了在AMESim软件中准确分析阀门的性能，根据平衡方程推导了阀门膜片的有效直径与气体压力、轴直径以及轴两个端口集中力等因 素之间的关系，并得出有效直径的计算公式；以减压阀的膜片组合件为例，采用软件ABAQUS建立其有限元模型，计算出阀盘的位移，从而推导出轴两端口集中力的计算公式，最后分析了膜片有效直径随阀盘位移的变化。

有效直径膜片有效直径的计算

得到设计的压缩量后，在两个弹簧末端施加相应的位移，此位移等于设计的预压缩量，然后在膜片承受气体压力的一侧施加设计范围内的均布压力，计算出相应的阀盘位移。

变化气体压力的数值，可以得到膜片的有效直径随阀盘位移的变化。阀盘的行程较小，膜片的有效直径随阀盘位移的增大而增大，随气体压力的增大而减小。除个别点外，阀盘位移与膜片的有效直径基本上为线性关系，在精度要求不太高的情况下，如果阀盘的行程比较小，膜片的有效直径与阀盘位移之间的关系可以近似用线性关系式表达。

有效直径膜片厚度对有效直径的影响分析

为了分析膜片在不同厚度下的有效直径随阀盘位移的变化，固定其他参数值，分别计算膜片厚度为0.15mm和 0.08mm两种情况下膜片的有效直径，变化作用在膜片上的气体压力，可以得到膜片在两种厚度下的有效直径随阀盘位移的变化。

从膜片厚度为0.08mm的情况和膜片厚度为0.12的情况看到, 膜片的厚度越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。

有效直径膜片的弹性模量对膜片有效直径的影响

同样，为了分析膜片的弹性模量对膜片有效直径的影响，分别计算膜片在不同弹性模量下膜片的有效直径，变化作用在膜片上的气体压力，可以得到膜片不同弹性模量下的有效直径随阀盘位移的变化。

弹性模量为200GPa时，膜片的有效直径随阀盘位移的变化 弹性模量为80GPa时，膜片的有效直径随阀盘位移的变化。很显然，膜片的弹性模量越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。

膜片的厚度、弹性模量越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。实际上膜片的厚度、弹性模量对有效直径的影响可以综合为另一个参数 ———膜片的刚度，由传统的板壳理论可知膜片的刚度。膜片的厚度、弹性模量越大，其刚度也越大，也就是说，膜片的刚度越大，膜片的有效直径随阀盘位移的变化越快。 2100433B

降水对作物蒸散过程的有效性受许多因子影响，其中降水特性、土壤特性、作物蒸散速率及灌溉管理是其中几个主要的因子。

（1）降水特性

决定降水有效性的降水特性包括数量、频率及强度。这些因子在空间及时间上的变化都很大，因而深入了解这些特性是设计及管理灌溉系统所必须的。虽然直接从植物或土壤表面蒸发的那部分降水对于减少作物蒸散也是有效的，但大部分有效降水必须渗入土壤，并贮存在根区。高强度的降水，即使持续时间很短，也可能因超过土壤的入渗速率而使有效性很低。大的降水过程，即使是那些强度低、持续时间长的降水也可能产生大量的径流，并引起深层惨漏。强度低、持续时间短的降水通常有效性最高。

（2）土壤特性

土壤在作物水分供给过程中的作用就如同一个水库。因此，土壤的水分吸收、保持、释放及移动等特性对降水的有效程度具有很大的影响。有效降水在很大程度上由土壤的入渗速率及土壤有效贮水量所决定。这两个量都取决于土壤的含水量。干土的入渗率较高，有放贮存量大，因而能更有效地利用降水。

土壤的入渗率与土壤质地密切相关。粗质地的土壤（比如砂土）一般入渗率高，地表径流也少。细质地的土壤通常入渗率很低，易产生大量的径流。

（3）作物蒸散

当作物蒸发蒸腾速率较高时，土壤水分消耗得很快，从而可为贮存降水提供更大的库容。如果发生降水，为达到田间持水量所需的水量就大，相应地由径流和深层渗漏所造成的水分流失就少。反之，如果蒸发蒸腾速率较低，土壤提供贮存降水空间的速率也低，接收水分的能力就小。如果发生降水，由径流或深层渗漏造成的损失可能就要相对大些。

（4）灌溉管理措施

每次灌水过程的净灌水量取决于作物根区贮存，可供植株使用的有效水分的能力和现有的灌溉管理措施。

在过去，管理灌溉系统时通常每次灌水都重新充满整个土壤剖面。如果在一次灌溉之后马上发生暴雨，那么降水中将只有其中很小的一部分重新充满土壤剖面，而大部分降水则被损失掉了。因而，降水的有效性可能很低。制定灌溉计划时，如果只允许土壤水分有很小的亏缺，那么用于贮存降水的土壤库容也较小；相反，如果允许土壤宿较大的水分亏缺，土壤有效贮水能力将增大，降水的有效性就会提高。