三维斜置表面裂纹应力强度因子边界元计算及分析

建立半椭圆表面裂纹模型,并借助边界元分析软件FRANC3D计算不同裂纹面网格划分下裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,将计算结果与理论解进行比较,分析裂纹面网格划分对计算结果精度的影响,得出最优网格划分;在此基础上计算两种斜置半椭圆表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,分析斜置角度和椭圆角对裂纹前沿应力强度因子的影响,对工程实际具有参考意义。     

反应堆压力容器接管段三维弹塑性应力分析

反应堆压力容器在正常运行、事故、水压试验等工况下承受包括自重、压力、热膨胀、地震和管道载荷等复杂载荷。由于接管段几何不连续性,容易产生应力集中而发生破坏,是压力容器结构分析的关键部位。目前,反应堆压力容器应力分析研究主要采用线弹性分析方法。由于载荷的复杂性以及几何不连续,材料可能会发生塑性行为。在某些极端工况下,采用线弹性计算结果进行应力评定可能无法满足规范要求,这可能由于线弹性分析的过保守造成的,而弹塑性分析能够得到更接近实际的结果。采用反应堆压力容器材料的真实应力—应变曲线作为输入,并采用了ANSYS的多线性随动强化模型模拟压力容器材料真实本构,建立压力容器接管段的三维有限元模型,对压力容器接管段进行弹塑性应力分析。研究得到了压力容器接管段在内压载荷下的应力分布规律,塑性区域随载荷增大的扩展规律、压力容器最终失效的塑性极限载荷,为压力容器设计提供理论依据。     

基于FRANC3D计算三维疲劳裂纹最大应力强度因子

文中建立了三维模型并借助边界元分析软件FRANC3D采用边界元法计算了三维表面裂纹前沿不同位置处的应力强度因子,说明了FRANC3D基于的边界元理论计算半椭圆型表面裂纹应力强度因子的过程,并与理论公式计算结果相比较.结果表明,软件计算结果与理论解误差较小,裂纹最深处应力强度因子最大.     

拉弯复合应力下表面裂纹疲劳扩展规律研究

拉弯复合应力状态广泛存在于压力容器接管及几何形状不连续的过渡区,容器的使用寿命往往取决于这些区域的抗疲劳强度。本文对拉弯复合应力下半椭圆表面裂纹疲劳扩展规律进行了实验研究,用等参拟协调三维有限元分析了拉弯复合应力下表面裂纹试件的应力强度因子计算方法。通过对40Mn2A中碳钢的实验研究证明了在拉弯复合应力下表面裂纹的疲劳扩展规律当c向的ΔK_c′=0.9ΔK_c时,a向和c向可用同一Paris公式来描述。     

压力容器开孔接管区的有限元分析和实验研究

根据对压力容器正交和切向开孔接管区进行的有限元分析,获得容器筒体、接管及其连接部位的应力分布结果,利用电阻应变测试技术进行现场测试。结果表明,压力容器开孔接管产生明显的应力集中,各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处,是筒体失效的危险区域;与压力容器正交开孔接管相比,压力容器切向开孔接管的应力分布更趋复杂,有更明显的应力集中。     

埋头紧固件椭圆形表面裂纹应力强度因子的三维有限元分析

采用裂端为 2 0节点奇异单元的三维有限元模型 ,对工程中常见的 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件埋头部分与直杆部分相交处的表面裂纹 ,以及直圆杆表面裂纹的应力强度因子进行了计算分析。给出了圆直杆以及 90°、10 0°、12 0°埋头紧固件椭圆形表面裂纹的应力强度因子拟合公式。研究结果表明 ,本文的应力强度因子计算方法和计算结果是有效的。本文的工作可为埋头紧固件的损伤容限分析提供应力强度因子。     

高强度螺栓在预紧力及微裂纹作用下的有限元分析

采用考虑螺纹细节的有限元模型对高强度螺栓在预紧力作用下的受力状况进行了仿真分析。研究了四棱锥形开口微裂纹及近表面椭圆形微裂纹对螺栓表面应力集中处受力分布的影响。结果表明:应力集中主要产生于最末端螺纹处以及旋合段的第一、二扣螺纹处,螺牙根部是同一横截面上的最大等效应力处;微裂纹的存在会极大地加强应力集中,并且最末端螺纹比旋合段螺纹对微裂纹更敏感。此外,四棱锥形开口微裂纹趋于周向扩展,近表面椭圆形微裂纹趋于向表面扩展。     

用修正的Newman-Raju法计算容器接管拐角裂纹的疲劳扩展

本文在总结前人工作的基础上,对解决三维孔边角裂纹的Newman-Raju解进行修正。通过对应力集中和接管几何结构的修正,提出了用修正的Newman-Raju解来求出容器接管拐角裂纹的应力强度因子,并用Paris公式来估计容器的疲劳扩展,其结果在工程上令人满意,可以推荐成为工程计算的依据。     

关于表面裂纹线弹簧模型的改进

对表面裂纹线弹簧模型进行改进,初步解决未改进的线弹簧模型在远离裂纹最深处(即靠近自由表面处)误差较大的问题.着重对线弹簧本构关系(即模型的内部解)作改进.在内埋椭圆裂纹应力强度因子解的基础上,籍助应变能方向导数的关系将它转变为二维穿透裂纹,引入修正系数得到改进的边裂纹板条解,即改进的线弹簧本构关系(改进的内部解).外部解采用Reissner板理论.用改进的模型计算表面裂纹前缘法向应力强度因子,结果与Newman有限元解进行较系统的比较,表明改进的模型能在较大范围内更好地与Newman解相符.     

CD350套管吊卡应力场三维有限元分析及危险截面上裂纹应力强度因子求解

首先对ＣＤ３５０套管吊卡三维应力场进行分析，进而采用有限元位移法，求解危险截面处不同深度和形态表面角裂纹的应力强度因子。在大量有限元计算基础上，拟合出关于角裂纹特征参数的无量纲应力强度因子表达式，为预测带裂纹的套管吊卡的承载能力、剩余寿命、确定探伤周期、制定判废标准等提供了必要的断裂分析参数。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的应力强度因子有限元计算分析

ABAQUS软件对中心穿透斜裂纹板及边斜裂纹板进行了有限元模拟.计算复合型裂纹的应力强度因子KⅠ和KⅡ,并将计算结果与现有理论结果进行了比较;分析了裂纹尺寸和裂纹角对应力强度因子的影响.结果表明:裂纹角从0°增大到90°,裂纹类型由复合型向纯Ⅰ型转变;用ABAQUS软件计算复合型裂纹的应力强度因子相对误差保持在5%之内,计算精度完全满足工程要求.     

基于APDL和UIDL联合技术计算三维表面裂纹应力强度因子

工程上常将裂纹看作是半椭圆表面裂纹。由于建立半椭圆表面裂纹的全裂纹有限元模型并非易事,在应用有限元法求解裂纹的应力强度因子时,常取裂纹模型的1/4进行分析。采用模型分块处理方法,利用Ansys软件,联合APDL和UIDL技术进行二次开发,实现通过简单界面操作建立半椭圆表面裂纹的全裂纹模型,并可将全裂纹模型方便地嵌入到实体结构中。使用该建模方法分别求解了中心半椭圆表面裂纹和斜置半椭圆表面裂纹的应力强度因子,与理论解和文献中的求解结果基本一致。表明使用该二次开发建立的全裂纹模型求得的应力强度因子是准确可靠的。该联合开发的建模功能可以用来求解复杂外载和复杂结构的应力强度因子,对工程实际应用有重要的应用价值。     

裂纹前沿网格参数对皮带轮应力强度因子的影响

针对皮带轮三维裂纹体端面网格数和轴向网格数的优化问题,基于应力强度因子理论,对皮带轮张开型表面裂纹前沿的网格参数进行了正交实验研究.首先,研究了正交设计理论和应力强度因子的位移法计算原理;然后,在皮带轮应力集中位置,建立了一定大小的裂纹,并对该裂纹的应力强度因子进行了有限元计算;最后,用正交设计方法设计了裂纹体周边网格...     

球形压力容器埋藏裂纹的影响分析

疲劳、制造工艺及复杂应力状态都能够产生导致压力容器最终失效断裂的裂纹。鉴于对埋藏裂纹研究的相关文献较少,文中在验证有限元法可靠性的基础上,利用ANSYS及Franc 3D通过有限元法对球形压力容器轴向椭圆埋藏裂纹,从裂纹半径比a/c及扩展的两个方面,探究裂纹尖端张开型应力强度因子KΙ及裂纹面形态的变化。通过数值结果分析发现,a/c=1时可作为裂纹尖端KΙ分布情况和幅度大小的临界条件,而且裂纹在扩展过程逐步由椭圆形趋近圆形,同时不同裂纹角路径下扩展速率由其主导的应力强度因子大小决定。     

纯弯梁表面斜裂纹应力强度因子 K_1、K_2、K_3的分布

本文针对一个简单的全复合型表面裂纹模型—带表面斜裂纹的纯弯梁,采用三维光弹法、有限元法和近似计算法对其裂纹前缘应力强度因子 K_1、K_2、K_3的分布进行求解与比较.结果说明三维光弹解与两种计算解基本相符而偏安全,可以作为在复杂工程断裂问题中求解全复合型应力强度因子的方法。     

一种求解复杂结构三维裂纹应力强度因子的工程方法--推广的片条合成法

以现有的片条合成法为基础,发展了一种可用于计算含复杂边界条件结构的三维裂纹应力强度因子的方法———推广的片条合成法,推导了相应的位移协调公式。应用推广的片条合成法,对一般结构表面裂纹的裂尖应力强度因子进行了验证性的分析和讨论,计算结果与Newman解进行对比,趋势合理、精度完全满足工程要求;同时,计算了具有复杂边界的凸台结构表面裂纹的裂尖应力强度因子,给出可供工程参考的结果和结论。     

带支架压力容器圆筒开孔接管的有限元分析及结构改进

由于开孔破坏了压力容器原有结构的连续性,因而在接管与壳体连接区域产生了明显的应力集中,加上管道外载荷的影响,使之成为整台设备最薄弱环节。本文研究的接管承受了接管外载荷和另外一台设备重量,所以设计时加入了支撑结构来减小接管处的应力,而常规方法很难考虑支架对接管应力水平所起的作用。因此,基于ANSYS软件中APDL语言建立了带支架压力容器圆筒开孔接管的有限元模型,对该结构在内压、接管外载荷以及设备自重作用下进行了强度分析,基于JB 4732—1995标准对其进行了安全评定,提出了满足强度要求的改进结构,为工程上此类结构的设计提供了一定参考依据。     

损伤钻杆断裂的有限元仿真分析

钻杆在作业过程中,需要通过卡瓦夹持,才能顺利作业,但卡瓦在钻杆表面会留下作业损伤。为了防止损伤导致的钻杆断裂,影响结构安全性,以某深井作业钻杆实际工况为例,创建含横向半椭圆形表面裂纹的钻杆有限元模型,数值研究拉扭复合载荷下,3种类型的形状因子沿裂纹前缘的变化规律;通过多项式拟合得到形状因子表达式中对应的系数,进而推导出等效应力强度因子的表达式。仿真计算结果表明,在（0.6～0.8）之间存在一临界形状比,裂纹最深点和边界相邻点处的等效应力强度因子值在此处相等。拟合得到的等效应力强度因子表达式,为进一步研究损伤钻杆表面裂纹扩展和寿命预测提供参考。     

反应堆压力容器出口接管分析与评定

以AP1000压水堆为例,通过建立反应堆压力容器(含进、出口接管)整体模型,计算并评定压力容器出口结构在设计工况、正常、事故以及试验工况下的应力强度。为今后核电一回路反应堆压力容器分析设计奠定基础。     

空冷器管箱接管的应力仿真分析

为帮助生产者避免因应力集中而出现接管断裂的情况,提出了一种基于有限元分析的弹性应力分析方法,对空冷器管箱接管进行强度分析。分析有限元仿真计算的结果,得出最大应力位于管箱接管的连接位置。同时,依据《ASME锅炉压力容器规范》对其进行了应力强度评定,验证了设计的安全性和合理性,并基于分析结果提出改进措施,为相关工程设计提供了参考依据。