X60管线钢非穿透裂纹体的断裂研究

对Ｘ６０管线钢进行了不同形状的表面裂纹、单边和双边角裂纹等非穿透裂纹形式的断裂实验，结合断裂理论分析和断口宏微观分析，探讨了穿透裂纹的断裂实验数据用于一般三维形态裂纹体断裂的可行性结果发现：裂纹在起裂后并不连续扩展，而是严重钝化，发生明显颈缩后才失稳扩展；各种非穿透裂纹体断裂过程中，由于裂纹在起始和不同扩展阶段与厚度方向的相对方位不同，导致三维约束效应与分层裂纹的耦合效应不同；各裂纹形式下的起裂临界应力强度因子值比穿透裂纹的平均值低９．６％－４５％．研究表明基于穿透裂纹实验数据得到的名义断裂韧性不是客观的断裂评定指标，而是随几何形状、尺寸、裂纹取向等变量而变化，因而不能作为管道断裂评定的控制参量．

平板穿透裂纹尖端应力强度因子计算方法研究

针对应力强度因子的求解问题,提出了基于平板穿透裂纹的最大张口位移计算裂纹尖端应力强度因子的新方法.首先根据Westergaard应力函数推导出具有中心穿透裂纹的无限大平板模型受两向均匀拉伸载荷时,裂纹最大张口位移与裂纹尖端应力强度因子之间的数学关系,然后利用有限元模拟计算研究了该数学关系针对含穿透裂纹的有限尺寸平板模型的适用性,包括有限板宽的边界效应、不同的载荷形式对应力强度因子求解的影响,并给出了针对实际力学模型计算裂纹尖端应力强度因子的修正方法.该研究成果为船舶与海洋结构物中含裂纹损伤局部结构的裂纹强度检测与评估提供了一条新的思路.

内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷

弯头是管道系统中最薄弱、最容易失效的管件。研究含缺陷弯头的塑性承载能力在整个压力管道系统安全评定中占有重要地位。利用求取直管极限载荷的鼓胀系数法建立不考虑直管影响的含缺陷弯头的塑性极限载荷估算式。采用三维弹塑性有限元技术,对内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷进行系统分析。结果表明,裂纹削弱系数(PL/PL0)与厚径比(t/rm)无关,在实际工程应用中可忽略厚径比对裂纹削弱系数的影响。裂纹对长半径弯头的塑性极限承载能力影响程度明显大于对短半径弯头的。

平板穿透裂纹尖端动态应力强度因子研究

针对含裂纹平板承受冲击载荷时裂纹尖端动态应力强度因子的求解问题,采用将动态有限元分析过程和相互作用积分计算应力强度因子相结合的方法,在有限元分析软件ANSYS中利用APDL编程求解动态应力强度因子.经验证,此方法具有很高的准确性.基于该方法对裂纹长度、裂纹角度、冲击载荷大小对动态应力强度因子的影响进行研究.结果表明,动态Ⅰ型应力强度因子最大值约为相同大小静态载荷应力强度因子的2.6倍;当斜裂纹角度为45°时动态Ⅱ型应力强度因子达到最大值.

穿透裂纹对开口复合材料柱壳屈曲性能的影响

为了解决复合材料柱壳结构成型过程中产生裂纹的问题,为复合材料柱壳类结构设计与质量控制提供参考,文中采用有限元方法分析了含穿透裂纹开口复合材料柱壳的压缩屈曲性能,分析了裂纹长度与方向的影响。结果表明,45°方向的穿透裂纹,其长度小于130mm时,柱壳屈曲强度随裂纹长度的增长略有下降;超过130mm,屈曲强度明显下降。对于定长裂纹,随着裂纹方向角的增加,结构的屈曲强度不断降低。裂纹对柱壳压缩屈曲强度的影响程度本质上取决于裂纹对原有载荷传递路径的影响程度。

带三维穿透裂纹结构的有限元实体建模方法

介绍了ANSYS实体建模方法创建含三维穿透裂纹结构有限元模型的详细步骤。实体建模方法采取化整为零的思想,在整体模型上创建重合的裂纹部分,利用布尔运算整体模型分离为两大部分,对裂纹部分采取特殊的网格划分方法,非裂纹部分采用常规的自由网格划分,注意不同网格划分之间的过渡。并与逐节点生成单元的直接建模方法进行对比,结果表明:实体建模方法简单、效率高且易于实现,可以用于创建复杂结构裂纹体模型,并能保证应力强度因子求解精度。

轴向穿透裂纹管道套管止裂性能分析

管道缺陷严重影响着管道的安全使用,而缺陷管道修复中最常见的方法是套管修复。对轴向穿透裂纹管道裂纹区域内套管止裂方法进行了分析,利用有限元分析方法,通过止裂系数f衡量套管的止裂效果,并对其影响因素进行了研究。结果表明,f与管道壁厚δ、裂纹半长a、套管位置Lx、套管壁厚sδ及套管长度Ls有关,与裂纹管道的管径Do无关。同时给出了不同形式下套管修复裂纹管道的推荐参数以及止裂系数f的拟合公式。

具有中心穿透裂纹缺陷的矩形板极限拉伸强度分析

本文利用弹塑性有限元分析结果对现有的裂纹板的拉伸极限强度简化公式进行了修正,得到了与实验结果比较吻合的修正公式,并且以受单向拉伸、具有中心穿透裂纹的正方形板为例,借助弹塑性断裂力学的理论推导了断裂控制基础上该材料的极限拉伸强度计算公式,从而从理论上解释了修正公式的合理性。

管道穿透裂纹泄漏率计算程序

穿透裂纹泄漏率计算程序是为了计算管道发生微小穿透裂纹时管内流体向外泄漏的临界流量而专门编制的。程序采用的基本数学模型是由Abdollahian和Chexal修正过的Henry的两相临界流模型。该模型适合于计算流道长度与流道直径之比大于12的长管泄漏。

多荷载联合作用下含穿透裂纹接管安全评定

对多种荷载联合作用下含缺陷压力容器的安全评定目前仍无可靠方法.采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在内压和弯矩联合作用下安全评定所需的断裂比和荷载比进行求解.研究表明,断裂比可根据内压和弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIs得到,KIs为仅受内压下应力强度因子与仅受弯矩下应力强度因子的线性加和.荷载比由实际外载、内压作用下接管极限内压p与弯矩作用下极限弯矩m求出,给出了内压和弯矩联合作用下接管极限荷载与p、m的关系.所得结论可用于内压和弯矩作用下含肩部穿透裂纹接管的安全评定.

用声发射监测16MnR带预制中心穿透裂纹试板的拉伸试验

用声发射监测16MnR带预制中心穿透裂纹试板的拉伸试验，以声发射信号分析预制裂纹的运动。与裂纹失稳扩展相应的声发射事件信号参数值差异很大，反映了其显微断裂机制的不同。

弯矩下含肩部穿透裂纹接管应力强度因子研究

在弯矩作用下,含裂纹接管的应力强度因子研究鲜见报道,其研究结果对丰富缺陷压力容器的安全评定具有重要的意义。采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIM进行计算和分析。研究结果表明,弯矩与KIM呈线性关系,裂纹长度越大,KIM越大;接管和容器的壁厚增加、容器开孔增大,KIM均减少。同时给出了KIM拟合式和KIM与各参数关系以用于对此类缺陷的安全评定。

含未穿透裂纹结构断裂失效概率计算的重要抽样法

将线弹簧模型法与重要抽样法相结合,建立含未穿透裂纹结构断裂失效概率的计算方法,考虑材料特性、外载荷和裂纹尺寸等参数的不确定性,以含未穿透裂纹平板为例进行计算,求得结构的失效概率。对比分析Monte Carlo法、响应面法和重要抽样法的计算效率与精度。结果表明,所提方法是合理可靠的,而且计算量小、精度高、通用性强,适合工程实际应用。

含轴向穿透裂纹的三通管道应力强度因子有限元分析

针对开孔率d/D=0.5的焊制三通管道,基于ANSYS软件及其APDL编程,采用三维奇异元,对开孔率为d/D=0.5的焊制管道三通进行数值模拟。主要考察三通在内压、主管端部面内和面外弯矩以及扭矩载荷作用下的主管腹部轴向穿透裂纹的复合型应力强度因子。通过改变裂纹位置和尺寸,计算获得不同大小的轴向穿透裂纹由主管腹部移至焊缝附近过程中的三类应力强度因子各自的变化规律和危险位置。这些结果在应力强度因子手册中尚未涉及,对工程中含缺陷三通管道的剩余强度评定具有参考价值。

含轴向穿透裂纹Q345R圆筒的断裂力学评定

采用FAD法对某含轴向穿透裂纹的Q345R圆筒进行了断裂力学评定,并采用弹塑性有限元方法计算了裂纹尖端的J积分,为在役含缺陷压力容器安全性评价提供一定参考。

薄壁管道穿透裂纹应力强度因子修正系数分析

利用有限元法,计算薄壁管道穿透裂纹的裂尖应力强度因子及其修正系数;采用非线性回归分析方法,利用Matlab对数据进行拟合计算,得到不同情况下裂纹尖端应力强度因子修正系数与裂纹长度、管道半径、壁厚、裂纹方向与管道轴线方向的夹角之间的关系表达式.利用应力强度因子修正系数可评定管道的安全性,为大管径压力管道的完整性评价提供依据.

柔性管系环向穿透裂纹的应力强度因子

对含裂纹管道系统进行完整性评定时 ,要考虑到位移控制下管道柔度、支撑柔度等对断裂参量的影响。特别是作为极限情况的管道环向穿透裂纹问题 ,定量化分析方法十分重要。在守恒律理论及裂纹张开能量释放率理论的基础上 ,以简单模型为例 ,提出了一个求解柔性管系应力强度因子的简单方法。该方法可以直观地给出管系各柔性部件对应力强度因子的影响。是系统可靠性及风险概率分析十分重要的基础。

穿透裂纹和表面半椭圆裂纹模型的失效评定曲线比较

针对弹塑性材料裂纹管道的J积分计算建立了等效穿透裂纹和表面半椭圆裂纹2种有限元模型。在等效穿透裂纹模型中应用了1/4节点单元,在表面裂纹模型中采用了线弹簧单元。用这2种模型计算J积分,分别对3个实际含裂纹管段建立了失效评定曲线。比较了2种模型的失效评定曲线和R6通用曲线的差别,指出穿透裂纹模型偏于保守,建议在油气管道断裂的工程评定中采用半椭圆表面裂纹模型。

压力容器板壳穿透裂纹扩展安全性分析仿真及临界尺寸预测

对压力容器上的板壳结构上的穿透裂纹在扩展过程中的动态安全性进行了分析和仿真,为其它类型的裂纹扩展的动态安全性分析提供一种新的思路。将失效评定曲线与Kr和Lr的计算方法结合起来,来预测裂纹扩展的安全临界尺寸,从而得到允许的应力循环次数。

含穿透裂纹悬臂方薄板的振动辐射声场

在有限元模态分析的基础上,提取了含人工横向以及十字形穿透裂纹的悬臂方薄板各单元的相关参数,并将瑞利积分离散化,进而计算了裂纹悬臂方薄板辐射声场的空间分布.结果表明,穿透裂纹的出现不仅使悬臂板的模态频率有明显的变化(辐射声场频谱变化),而且使声场在空间分布有显著的变化.该方法的有效性通过基于瑞利-里兹方法得到的完整悬臂板辐射声场来验证.该方法可用于求解任意形状穿透裂纹薄板辐射声场的计算.