基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

发布时间：2021-07-29 11:02

　　针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,对某压力容器进行了算例分析,并运用提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(27)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

基于失效评定图射线法的安全裕度表征图

建立符合实际的裂纹缺陷安全衰减模型,首先要得出裂纹在扩展过程中裂纹长度和深度的几何关联变化关系,通过评估标准计算出每个尺寸下的安全评定点,将计算出的安全评估的点集绘制在安全评估评定图上,得到安全评定点沿着一条曲线由安全区逐渐向非安全区靠近。在评定过程中需要对裂纹进行规则化处理,如图2所示。图2中B为设备壁厚,l为测得裂纹在设备表面上最大长度,h为测得裂纹在设备壁厚方向上最大深度,c为规则化裂纹长度,a为规则化裂纹深度。Newman等[13]提出在裂纹成长过程中一直保持半椭圆形状,以及它们通过三维有限元数值计算建立的应力强度因子经验方程解。结合裂纹长度与深度的比值范围可以得到表面裂纹长度和深度的几何关联变化关系如下。

根据长度与深度的变化关系运用压力容器安全评估仿真平台进行仿真,即随着加载时间增加将裂纹变化过程中的每一个裂纹尺寸在失效评定图中表示出来,得到安全评定点沿着一条曲线由安全区逐渐向非安全区靠近,如图3所示。从图3中可以看出,裂纹从安全区扩展到非安全区域是按照衰减路径变化的,在整个裂纹扩展过程中,分为三个阶段。裂纹扩展第一阶段为萌生扩展阶段,这一阶段裂纹扩展迅速在图3中显示为评定点稀疏且沿直线快速扩展;在稳定扩展阶段,这一阶段裂纹扩展规律符合Paris理论,安全评定点在失效评定图3中非常集中;最后裂纹失效扩展阶段,此阶段含缺陷设备即将安全失效,故安全评定点在图3中快速移动到安全边界。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3309203