承压管道应力强度因子数值解法研究

发布时间：2021-07-06 09:28

　　随着世界经济飞速发展,石油、天然气的战略地位越发突显。全球石油和天然气长途运输通常采用管道输送,因此长输管道的安全问题变得格外重要。近年来,通过对石油、天然气管道失效事故调查发现,多数失效事故由管道自身缺陷引起。由于制造工艺、腐蚀等方面的问题,油气长输管道可能在使用过程中产生缺陷,其中以裂纹缺陷的危害最大。本文以断裂力学理论为基础,采用有限元软件ANSYS对含裂纹承压管道进行应力强度因子数值解法进行研究,具有一定的理论和实践意义。应力强度因子可以用以表征裂纹尖端奇异应力场强弱,是研究疲劳与断裂问题的重要参数。本文分别采用1/4节点法、两节点位移外推法、两节点应力外推法、多节点位移外推法、多节点应力外推法及J积分法六种有限元分析方法,计算了含裂纹平板与含裂纹管道裂纹尖端的应力强度因子,并将数值解法与解析法的计算结果进行了对比,分析了两种模型几何参数和网格尺寸对计算误差的影响。分析结果表明,上述6种方法中,当网格尺寸较小时,6种方法都可以获得满意的计算精度;随着网格尺寸的增加,两节点位移外推法、两节点应力外推法计算误差迅速增加,而多节点位移外推法、多节点应力外推法及J积分法受网格尺寸影响较... 

【文章来源】：河北科技大学河北省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

裂纹分布示意图

根据裂纹的几何特性可分为三种类型的裂纹[34]：穿透型裂纹、表面裂纹和深纹（如图 2-1 所示）。图 2-1 裂纹分布示意图1.2 按受力特征分类裂纹按其受力特征可分为张开型裂纹（I 型裂纹）、滑开型裂纹（II 型裂纹）开型裂纹（III 型裂纹），如图 2-2 所示，这主要是根据裂纹面位移方式或者外用方向不同分类的。

受与裂纹面平行的切向载荷作用，裂纹上、下表面动方向垂直于裂纹尖端线。如图 2-2c)所示，含裂纹端线平行的切向载荷作用，裂纹上下表面在其作用于裂纹尖端线。学基本参数有三个最基本的参数，及应力强度因子 K、路径无释放率 G。度因子端应力强度，在线弹性理论的框架内，可得出裂纹( )2ij ijKσ f θπrⅠ ⅠⅠ=j=1,2,3）代表应力分量；fij(θ)代表极坐标角θ的函数表Ⅱ型或Ⅲ型裂纹。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3267986