光滑弯管沿轴向内表面裂纹弹塑性有限元分析

摘要

应用断裂力学理论对在役压力管道进行安全评定，是国际上安全评定规范的发展趋势，具有十分重要的实际意义。自七十年代至今，断裂力学理论和实际应用都有相当的发展。但是，对于工程中一些含裂纹的结构，进行安全评定时可以直接利用的断裂参数解仍然很缺乏。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，对含沿轴向内表面裂纹光滑弯管进行分析。经过有限元分析计算给出不同裂纹尺寸、材料特性及不同载荷条件时，线弹性条件下表面裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ值；弹塑性条件下的J积分值。进一步换算成工程实际易于应用的形状因子F以及全塑性解系数h1，解决了应力强度因子KⅠ和KⅡ计算空缺，增补了J积分全塑性解数据库。包括： 1.简单介绍了我国在役压力管道使用现状，列举了几种国内外常用的含缺陷压力管道评定技术；分析研究现阶段断裂力学在含裂纹缺陷结构中的研究方法和进展，为弯管断裂分析提供立题依据。 2.研究探求ANSYS中含裂纹结构有限元模型建立方法，根据现有文献的算例验证了裂纹模拟方法的正确性。并以沿轴向内表面裂纹光滑弯管的几何、材料、载荷等特性为参数，利用ANSYS提供的参数化编程语言(APDL)编写了模型生成、加载和后处理宏程序。 3.利用1/4节点位移法，借助ANSYS后处理器(/POST1)中提供的计算应力强度因子模块，分别在单纯内压、弯矩载荷作用下，计算出了线弹性条件下的应力强度因子KⅠ和KⅡ值，进一步将其换算成形状因子F并拟合成公式。 4.处理了ANSYS中材料非线性的定义，引入材料幂硬化指数n，利用APDL编写了J积分求解程序，对本文所述裂纹进行弹塑性有限元分析。根据EPRI中对于全塑性J积分处理方法，确定了本文全塑性分析的计算方法。 5.在内压、按不同比例构成的内压、弯矩载荷作用下，计算含轴向内表面裂纹弯管全塑性J积分值JP和全塑性解系数h1，并整理编制了全塑性解系数h1表格。

目录

文摘

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1绪论

2含裂纹模型建立方法及计算结果验证

3含沿轴向内表面矩形裂纹光滑弯管线弹性计算分析

4含沿轴向内表面矩形裂纹光滑弯管全塑性解

结 论

参考文献

主要符号说明

附录A

附录B

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢