管道焊缝裂纹扩展的流固磁耦合表征

本工作利用虚拟裂纹闭合技术(Virtual crack closure technique,VCCT)提出一种单裂纹和多裂纹扩展通用的流固磁耦合方法,研究了流体压力的动态施加、流体-管道焊缝结构-磁场耦合作用下管道焊缝裂纹的扩展问题。该流固磁耦合方法每递增一次流体压力载荷,则完成一次裂纹增量扩展,更新裂纹几何形状,并重构网格,循环进行裂纹扩展计算和磁场分析,实现铁磁性管道焊缝裂纹扩展的流固磁耦合。以管道焊缝不同环向位置分布的单裂纹、多裂纹等六种工况为数值模拟算例,根据扩展结果中描述裂纹扩展的裂纹张开距离、裂纹扩展长度、磁感应强度水平分量峰值、磁感应强度垂直分量峰值等特征值,衡量裂纹所在位置的危险等级,判断管道焊缝损伤部位与损伤程度,识别多裂纹与单裂纹。该方法的实现可为在役管道焊缝裂纹的漏磁检测与评价、管道再制造修复等提供理论基础。