管道轴向穿透裂纹尖端应力强度因子数值模拟

发布时间：2021-04-14 21:45

　　裂纹是管道中常见的缺陷形式,其应力强度因子是开展管道安全性评价的重要依据。为了准确获得管道中裂纹的应力强度因子,采用1/4节点法建立了求解长输管道轴向穿透裂纹应力强度因子的有限元模型,并将有限元法和解析法求得的应力强度因子进行对比,验证了新建模型的可靠性。分析了内压、裂纹长度、内径以及厚径比对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时探究了沿壁厚方向应力强度因子的变化规律。结果表明:内压、裂纹长度的增加,将会导致应力强度因子增大;内径、厚径比的增大,则会使应力强度因子减小,且当内径超过500 mm时,应力强度因子不再随着直径的增加而发生变化;管道外壁处应力强度因子始终高于内壁处,随着内压的增加,裂纹将从管道外壁启裂。采用1/4节点法计算裂纹尖端的应力强度因子,其操作方便、计算精度高,可为开展长输管道的安全评价工作提供参考。（图10,表6,参24） 

【文章来源】：油气储运. 2020,39(07)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

含轴向穿透型裂纹的长输管道几何模型图

根据经典弹性力学理论[8]，尖锐缺口位置的应力值为无穷大，这种现象被称为应力具有“奇异性”。解决管道裂纹尖端的应力场奇异性是关键问题[19]，因此，需要对裂纹尖端附近的单元进行特殊处理，使其应力应变具有奇异性。Fehl等[20]发现，将裂纹尖端附近二阶单元的中间节点沿裂纹尖端方向移至靠近裂尖1/4分点（图3a中B点）时，可以使裂尖附近应力场具有奇异性（图3b，其中，B"、F"为常规单元的中间节点，B、F为移动到1/4单元边长位置的奇异单元的中间节点）。图3 长输管道轴向穿透型裂纹奇异性单元示意图

长输管道轴向穿透型裂纹奇异性单元示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]超快冷处理低合金Q345B钢的折弯开裂失效分析与对策[J]. 喻春明,张继明.  金属热处理. 2020(01)
[2]EO/EG装置不锈钢T型三通热疲劳开裂失效分析[J]. 钱锦烨,关凯书.  压力容器. 2019(11)
[3]两裂纹相互作用对管道应力强度因子的影响[J]. 李伟,淡勇,武玮,王珂,赵恒锐,王利涛.  油气储运. 2019(10)
[4]椭圆孔边任意长度双裂纹复合型应力强度因子复变函数解[J]. 祝青钰,周锐.  机械强度. 2019(04)
[5]基于扩展有限元的应力强度因子计算精度研究[J]. 王哲成,张云,于军,龚绪龙.  南京大学学报(自然科学). 2019(03)
[6]高铁制动盘不同分布热裂纹应力强度因子计算[J]. 周素霞,宋名申.  科学技术与工程. 2019(13)
[7]基于3D-VCCT的多裂纹输气管道断裂分析方法[J]. 姚安林,赫文博,徐涛龙,蒋宏业,谷东方.  天然气工业. 2019(03)
[8]含腐蚀缺陷高钢级输气管道的失效压力模型[J]. 臧雪瑞,顾晓婷,王秋妍,王立航.  油气储运. 2019(03)
[9]压力容器内外壁轴向双裂纹相互作用[J]. 谢芳,刘德俊,杨正伟.  油气储运. 2019(02)
[10]7085-T7452铝合金复合型疲劳单裂纹应力强度因子计算[J]. 宋彦琦,李向上,李国庆,刘小珍.  辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2018(02)



本文编号：3138069