钢质管道穿透裂纹的断裂分析研究

摘要

随着断裂力学理论的不断成熟以及计算机技术的飞速发展,断裂力学在工程实际中得到了广泛的应用.目前,应用断裂力学理论对在役压力管道进行安全评定,具有十分重要的实际意义.但是,对于一些特殊的含有裂纹缺陷的结构进行安全评定仍然缺乏可以直接利用的断裂参数结果.本文以断裂力学为基础,采用有限元分析方法,借助ANSYS有限元分析软件,建立了不同情况下的含有穿透裂纹的直管道有限元模型.进行分析计算.给出在线弹性条件下不同情况穿透裂纹的应力强度因子K<,1>值；进一步换算为工程实际中易丁应用的应力强度因子修正系数F,采用同归拟合技术.给出了修正系数F的表达式.并依据本文方法,对含裂纹缺陷的压力管道进行剩余强度评价,与相关文献进行比较分析,说明了本文方法的可行性.本文工作的主要内容包括:1.依据断裂力学的理论只是,分析研究平面裂纹尖端的应力强度因子的求解方法,应用ANSYS有限元分析软件,建立平板有限元模型,验证本文所要采用Shell63单元和建模方法的准确性和可靠性,为本文以后工作打下坚实的基础.2.以ANSYS提供的APDL语言编写相应程序,建立不同情况卜的含有穿透裂纹直管道有限元模型,在内压载荷作用下,分析研究裂纹周围应力、应变场的分布,计算出线弹性条件下的应力强度因子K<,1>值.3.提取有限元计算结果,利用MATLAB数据处理软件绘制出应力强度因子随着不同影响因素的变化关系图,分析讨论其变化规律.4.进一步求解应力强度因子修正系数F值,利用MATLAB数据处理软件绘制成曲线图,总结讨论其变化规律,并利用非线性最小二乘估算法进行回归分析得到应力强度因子修正系数F的表达式.5.初步对含穿透裂纹缺陷的压力管道结构进行剩余强度评价,通过分析研究,进一步验证本文公式的准确性.

目录

文摘

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创新点摘要

引言

1线弹性断裂力学的基本理论

1.1平面穿透裂纹尖端的应力、应变场

1.1.1概述

1.1.2 Ⅰ型裂纹尖端区域的应力场

1.2平面穿透裂纹应力强度因子

1.2.1概述

1.2.2 Ⅰ型裂纹应力强度因子的求解方法

1.2.3 Ⅱ、Ⅲ裂纹问题的K因子

1.2.4 Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹问题

1.3平面穿透裂纹有限元分析验证

1.3.1ANSYS单元简介

1.3.2平面裂纹应力强度因子的计算方法

1.3.3 K(I)因子模块验证

1.4本章小结

2管道穿透裂纹有限元数值仿真分析

2.1概述

2.2材料参数、荷载及约束

2.3含不同形式的裂纹管的有限元模型

2.4应力强度因子K(I)

2.4.1应力强度因子的求解方法

2.4.2内压作用下计算分析

2.4.3内压作用下的应力强度因子K(I)值

2.4.4应力强度因子KI的影响因素讨论

2.5应力强度因子修正系数F值的结果分析

2.5.1应力强度因子修正系数F值

2.5.2应力强度因子修正系数F值的结果讨论

2.5.3修正系数F值的拟合计算

2.5.4拟合公式结果与有限元结果比较

2.6本章小结

3压力管道的剩余强度评价

3.1剩余强度评价概述

3.2压力管道剩余强度评价方法

3.2.1 R6方法

3.2.2EPRI方法

3.2.3 ASME IWB-3650方法

3.3工程实例评价

3.4本章小结

结论

参考文献

硕士期间发表文章

致谢