裂纹尖端三维变形场细观力学测试新方法

提出了用特征点法并结合微差干涉方法测定裂纹尖端三维变形场的一种新的细观力学实验方法，并对这种方法进行了可行性验证。     

X80钢CTOD有限元计算及断裂韧度评估

针对钢结构在外力作用下由于自身材料断裂韧度不足引起的断裂事故,按照Wells提出的CTOD断裂判据,建立X80钢薄板在受外载作用下的力学模型,并对其断裂韧度的安全性进行了评估。在裂纹体受载后,对原裂纹尖端垂直于裂纹方向的裂纹尖端张开位移δ进行了有限元计算,提出了K-δ方法、COD-δ方法和J-δ方法等有限元计算方法,且与断裂力学理论计算的δ结果误差极小。同时对X80钢断裂韧度按照BS 7448规范进行了测试,裂纹尖端张开位移的有限元计算方法和断裂韧度测试结果可供企业和科研院所参考。     

压力管道裂纹的J积分测量

简述了二维贴片云纹干涉法光学系统的构成和云纹干涉法求J积分的基本原理，提出了用二维贴片云纹干涉法测量J积分的技术，并由此实测了管道轴向裂纹尖端位移场和J积分值，给出了测试结果，并针对测试结果进行了分析，得出的结论认为，采用二维贴片云纹干涉法测试管道裂纹J积分有灵敏度高、光路简单、操作方便等优点。     

振动管道安全性评定

化工装置中流体输送管道占很大比例,由于动力源不可避免地产生压力脉动,从而引起管道的振动,有可能引起裂纹缺陷失稳、开裂.对裂纹进行安全评定时采用静态分析不能反映真实工况,而简单对实际工况参数进行概率论抽样分析同样也没有考虑振动本身对裂纹尖端应力应变场的影响.如能考虑振动对裂纹尖端强度因子的影响,则管道含裂纹处的评定将更能反映真实工况.应用工程实例进行了分析.     

含表面裂纹X80管道的失效控制参量及计算

采用有限元(FEA)方法对高屈强比X80管线管在含表面裂纹情况下的服役行为进行了模拟分析。计算结果表明,表面轴向裂纹的存在使得钢管环向变形急剧增加,且裂纹尺寸越大,影响效果越明显。材料的失效取决于环向变形与裂纹尖端J积分两个影响参量的竞争关系,通过绘制该两个影响参量之间的竞争图谱可以把服役过程分为三个区域,分别是安全区域、J积分控制失效区域和环向变形控制失效区域。该失效图谱对于深入理解X80管线管在实际服役下的失效行为及其控制参量将具有借鉴作用。     

X70管线钢焊接接头断裂韧性分析

裂纹尖端张开位移（CTOD）试验常被用来进行材料的韧性评价。详细介绍了CTOD试验的过程、操作步骤及计算拟合方法。并采用裂纹尖端张开位移试验对X70管线钢焊接接头处焊缝、热影响区（HAZ）和母材进行了断裂韧性的测试研究。结果表明,在同一温度下,CTOD特征值δ0.05,δ0.5和δ0.2BL均呈现母材最大、热影响区次之、焊缝最小,即母材断裂韧性最优、热影响区次之、焊缝最差。     

半潜式钻井平台表面裂纹损伤评价

以南海现役某半潜式钻井平台的表面裂纹为研究对象,用有限元法和断裂力学理论,对平台结构整体及裂纹尖端局部断裂力学进行了分析,确定了描述裂纹及其在钻井平台局部扩展的力学参量.采用ABAQUS软件构造板壳结构表面裂纹,研究了决定裂纹扩展的断裂力学参量以及腐蚀等因素对裂纹尖端断裂力学参量分布的影响,为含裂纹平台结构安全评估提供一种科学的方法.     

含裂纹自增强厚壁圆筒残余应力研究

针对裂纹对厚壁筒自增强处理效果影响的问题,采用有限元软件分析了2种径比不同裂纹的厚壁筒自增强处理后的残余应力分布规律,并通过节点位移外推法计算了裂纹尖端处的应力强度因子。研究结果表明,不同径比时自增强压力的变化决定了含裂纹厚壁筒在裂纹尖端残余压应力的分布,以及裂纹尖端应力强度因子的变化率;尖端前缘自由表面存在残余压应力区域,促进了裂纹的闭合;随着自增强压力的增大及裂纹长度的减小,扩大了裂纹尖端沿裂纹扩展方向的残余压应力区域范围。     

薄壁球形容器内表面裂纹应力强度因子的研究

本文提出一种薄壁球形容器内表面裂纹的定义方法;研究了球壳和带有错边或角变形几何缺陷的球壳内表面裂纹尖端应力强度因子随裂纹形状、深度、壁率和沿裂纹前沿变化的规律,裂纹扩展的规律;在与目前常用的平板解作比较的基础上,研究了曲率及几何缺陷对应力强度因子的影响,并提出了一种曲率修正系数的经验计算式.     

含轴向裂纹管道在氢环境中热承载能力评估

在天然气输送工程中,广泛存在着管道的氢损伤问题。根据内聚力损伤模型,结合权函数方法,通过计算数学裂纹长度,提出了含轴向裂纹管道在温差作用下氢环境中承载能力的评估方法。分析表明,随着裂纹尖端氢的浓度增大,裂纹尖端的内聚力减小,数学裂纹长度增大,管道的承载能力大为降低。裂纹原始长度越大,管道承载能力越低。     

半潜式钻井平台浮箱表面裂纹损伤研究

如何评价和处理现役海洋平台存在的各种裂纹是我国海洋工程界面临的一大难题。半潜式钻井平台由于结构更复杂,且浮箱和立柱对水密性要求严格,裂纹问题更加严重。以我国南海5号半潜式平台检测出的浮箱表面裂纹为研究对象,将平台结构整体分析与裂纹尖端局部断裂力学分析相结合,采用ABAQUS软件构造板壳结构表面裂纹,对决定裂纹是否扩展的断裂力学参量以及腐蚀等因素对裂纹尖端断裂力学参量分布的影响进行了研究。本文方法及研究结果为含裂纹半潜式钻井平台结构的安全评估奠定了基础。     

焊接接头性能不均匀性对焊缝裂纹尖端J积分的影响

采用ANSYS有限元分析软件,研究了焊缝强度匹配和焊缝宽度对含有复合缺陷裂纹尖端J积分的影响.结果表明,当内压小于临界压力时,裂纹尖端J积分随着匹配系数没有明显的变化;当内压大于临界值时,裂纹尖端J积分的值为高匹配最小,低匹配最大.低匹配时,裂纹尖端J积分的值随焊缝宽度的增加而增加;等匹配时,裂纹尖端J积分的值不随焊缝...     

超载疲劳裂纹尖端塑性变形区的研究

根据金属塑性滑移变形在金属表面产生浮凸的机理,探索了一种观察和研究疲劳裂纹尖端塑性变形区的方法。用考虑塑性区应力松驰和裂尖应力状态变化修正后的Westergaad应力函数解法计算所得的塑性区尺寸,与试验结果吻合较好。     

煤层气钻井井壁稳定机理及钻井液密度窗口的确定

在煤层中钻井时,保持井壁的稳定具有重要意义。为此,利用有限元软件分析了近井壁裂纹尖端的受力状况,比较了尖端与井壁两处应力集中的情况,结果表明,裂纹尖端受力高于井壁的应力集中约一个数量级。从断裂力学的角度,研究了近井壁裂纹的扩展,分析了裂纹扩展在节理煤岩井壁失稳中所起的作用,讨论了裂纹表面闭合、孔隙压力及井壁渗透性等因素对井壁失稳的影响。利用经典断裂力学理论即应力强度因子理论和最大周向应力准则,对近井壁的裂纹进行了抽象建模,建立了煤岩井壁失稳的判据。根据失稳判据,提出拉剪破坏压力和压剪破坏压力的概念,两者分别为节理煤层钻井液密度窗口的上下临界值,两者之间为井壁稳定,两者之外便是井壁失稳。利用山西沁水盆地的岩心数据及现场钻井资料进行了实例计算,基于常规岩石力学方法求出的破裂压力和坍塌压力分别为19.1MPa、6.4MPa,而用所建立的方法得到的上下临界压力为18.1MPa、7.6MPa。由此证明了所建立的方法得到的密度窗口小于前者,与实际情况更加相符。     

用衍射回波测量裂纹的自身强度

根据超声波传到裂纹尖端处会生产衍射的特性，测量出裂纹尖端的具体位置，从而测量裂纹的自身强度，并通过实验，证明该方法的准确性。     

U形管周向表面椭圆裂纹应力强度因子分析

通过在裂纹尖端设置奇异单元，建立了受内压U形管弯管部分表面周向椭圆裂纹的断裂力学分析模型，运用有限单元方法对裂纹前沿各点应力强度因子进行了分析研究，得到了裂纹前沿最深点的应力强度因子修正系数F1随Ri／R、a／b、a／t而变化的曲线图谱。     

压裂泵泵头体内腔相贯线裂尖J积分研究

对于三维形式的裂纹问题,尤其是结构相对复杂,以角裂纹形式存在于十字形内腔相贯线处的裂纹问题尚没有适用的方法描述。鉴于此,针对压裂泵泵头体主要的失效形式,建立了含有不同尺寸角裂纹的有限元模型,计算了裂纹前缘J积分及裂尖塑性区尺寸。综合有限元分析和理论结果发现:随着裂纹长度的增加,裂纹前缘J积分逐渐增大但增幅逐渐减小,且吸入腔表面裂纹尖端J积分大于柱塞腔,内腔几何特征影响J积分分布;裂纹尖端塑性区形态为鱼尾形,断裂模式仍由I型断裂模式主导;沿裂纹面方向裂纹前缘塑性区尺寸与J积分分布规律一致,裂纹端部由于存在压力约束,实际计算塑性区尺寸较平面应力条件下差异较大,J积分最小处的塑性区尺寸与平面应变条件下的理论公式计算值非常接近。所得结论可为研究塑性区尺寸对压裂泵泵头体内腔相贯线裂纹扩展影响奠定基础。     

弹塑性断裂力学及其应用(续)

J积分方法的力学原理 (一) J积分的定义及其守恒性 在固体力学中,为了分析缺陷周围地区的应力和应变场,常常利用一些有守恒性质的线积分。所谓守恒性质,指的是围绕缺陷的线积分数值是一个与积分线路无关的常数,常数的值反映了缺陷的某种力学特性或应力应变场的强度。在分析二维裂纹试件裂纹尖端应力应变场的问题中,具有这种守恒性质的能量线积分之一就是J积分,它由下述方程定义:     

基于有限元模拟的压力管道轴向裂纹应力强度因子计算

基于有限元软件ANSYS对一种新型的管道断裂行为研究试样进行了三维建模与数值分析。对用于模拟实际工况的无加载孔模型和用于实验研究的有加载孔模型分别建模,并计算了裂纹尖端应力强度因子。对比研究发现,有加载孔模型可以较好地反应工程实际,并可用于管道断裂力学行为的研究。通过改变断裂试样厚度与裂纹长度发现:应力强度因子K随着试样厚度的增大而减小,而裂纹长度增大时K值也有减小的趋势。     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力(Ⅰ)--有限元分析

采用三维弹塑性小变形有限元技术,对内压下含以腹部为中心的环向裂纹等径焊制三通的极限载荷进行了系统分析.结果表明,浅裂纹(a/T≤0.5)和短深裂纹(a/T≥0.75)对极限压力影响很小,肩部中心裂纹对三通极限承载能力的削弱远小于腹部中心裂纹.此结果可为压力管件完整性评估提供基础数据.