海底管道疲劳裂纹扩展寿命预报的影响因素分析

海底管道所处载荷环境复杂,疲劳破坏是主要失效形式之一。由于制造及环境因素,海底管道不可避免会出现裂纹缺陷,对于服役中的海底管道,预报其剩余疲劳寿命并对影响预报结果的因素进行研究具有实践意义。在保守估计法的前提下,采用MTS准则对海底管道裂纹扩展模式进行分析。利用有限元法及1/4节点位移法求解裂纹应力强度因子,随后基于Paris公式的da法对海底管道进行疲劳扩展寿命预报,最后对数值预报结果的影响因素进行探讨。结果表明,当裂纹尺寸增量Δa设置合理时,海底管道裂纹扩展寿命的预报值与试验值相接近,该数值方法能有效预报海底管道的疲劳剩余寿命。裂纹尺寸增量Δa对寿命预报影响很大,从预报精度和计算耗时两方面综合考虑给出了合理选择裂纹尺寸增量Δa的方法。形状比对管道疲劳扩展寿命的影响与初始裂纹尺寸有关。当裂纹尺寸扩展到一定值后继续增加,疲劳扩展寿命变化率并不大。所得结论为服役管道的安全性评估提供参考。

裂纹扩展增量对裂纹扩展稳定性影响的研究

在实际的裂纹扩展仿真分析中需要确定三个主要参数,包括局部裂纹扭转角度、局部裂纹扩展增量以及扩展后裂纹尖端的拟合外伸,而对于裂纹扩展增量往往根据计算结果精度的需求来确定其大小,忽略了裂纹扩展增量对裂纹扩展稳定性的影响。针对这一问题,利用FRANC3D和Abaqus软件联合仿真分析计算了Q235钢CT试样在不同裂纹扩展增量情况下的裂纹扩展特点,并根据裂纹尖端应力强度因子的分布情况得出两点结论:(1)裂纹两端接近结构自由表面,两端趋向于平面应力状态,中间内部裂纹处于平面应变状态,导致应力强度因子SIF呈现中间大、两端小的对称分布,使得在较大裂纹扩展增量的情况下裂纹中部与两端的扩展值差异较大,最终导致裂纹凸凹扩展甚至失稳;(2)在进行裂纹扩展分析时,为保证计算精度和节约计算时间,并且保证裂纹扩展的稳定性,裂纹扩展增量选取为当前裂纹尖端单元特征尺寸的15%~30%比较合适。

基于微焦点CT的三维裂纹扩展分析

采用高频疲劳试验机进行了2A50锻铝缺口试样三点弯曲试验,对不同扩展阶段的表面裂纹进行了SEM对比分析。通过微焦点CT对裂纹进行了三维重建,三维可视化结果直观显示了裂纹的尺寸、位置和形态分布。通过相邻两个阶段二维CT图像的灰度、裂纹前沿位置分析裂纹扩展行为特征,结果表明,裂纹扩展不规则。分别将两个阶段的裂纹体进行投影得到了投影图像,对比后可观察到新的裂纹扩展区域,并得到了两个阶段的裂纹扩展前沿分布曲线。通过两个阶段的裂纹体三维分析得到了裂纹前沿扩展增量三维分布。

数字图像相关方法在A508-3钢J积分测试中的应用

J积分作为评定韧性金属材料结构安全性的基本数据在断裂力学实验中有着大量的应用,但目前对J积分测试中关键数据裂纹增量Δa的测量经常出现随实验力的增加,裂纹发生"负增长"的现象,且对加载过程中转动中心的定位存在偏差,导致修正公式不准确.为提升J积分测试准确性,应用数字图像相关方法对A508-3钢的紧凑拉伸试样在J积分测试实验过程中的全场变形情况进行分析,确定其加载过程中裂纹面转动中心的位置,并利用数字图像相关方法代替柔度法对裂纹增量Δa进行了测量,计算得到了A508-3钢的JR曲线.