含裂纹石油管道的工作寿命预测

以沿管道轴向扩展的疲劳裂纹扩展速率为基础，经过一定的修正，以此分析实际输油管加较常见的内表面半椭圆裂 扩展规律，从而预测出含此种裂纹的管道的工作寿命，解决了工程中的实际问题，为工程应用提供了可靠的理论依据。     

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。     

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。     

表面裂纹在疲劳扩展中的形貌变化研究

在压力容器等焊接构件中,表面裂纹是最常见的缺陷之一。为了对含表面裂纹构件的疲劳寿命作出估价,必须掌握裂纹在疲劳扩展中的形貌变化规律。各国的缺陷评定规范对此都有所规定,但这些规定由于没有抓住影响裂纹形貌变化的根本原因,因之与实际出入甚大。本文利用文献〔4〕的结论从疲劳扩展的Paris关系导得表面裂纹在拉伸载荷下疲劳扩展的形貌变化简化表达式,并用实验结果进行了验证,同时也与国外规范所采用方法进行了对比。结果表明,本文之简化表达式误差最小,适合于工程评定应用。利用该表达式作出之形貌变化图,能直观地反映已知初始裂纹之形貌变化趋势,也有相当的实用价值。     

含损伤裂纹的前梁疲劳寿命分析

根据强度及疲劳计算结果划定前梁的危险区,在危险区域内建立局部坐标系以确定裂纹的位置、添加裂纹单元,建立前梁含不同尺寸的半椭圆表面裂纹的有限元模型。采用ANSYS Workbench软件对前梁的疲劳寿命进行估算,研究含有裂纹的前梁剩余寿命问题,分析裂纹长度、深度等参数对疲劳寿命的影响,探究疲劳寿命随影响因素的变化规律。     

表面半椭圆裂纹应力强度因子公式的一点改进

表面半椭圆裂纹的应力强度因子表达式中的裂纹形状园子 Q 是一个第二类椭圆积分式,它是随裂纹形状变化的量。实际应用中只能取一近似的常数,这样既不方便也不准确.本文推荐用一幂函数表达式来代替椭圆积分式,解决了上述问题,且结果令人满意。     

双轴载荷下含埋藏及扩展裂纹平板的极限载荷及J积分分析

含埋藏椭圆裂纹平板在双轴载荷作用下会发生韧带断裂,埋藏裂纹会扩展为表面裂纹,表面裂纹会进一步扩展为贯穿裂纹,含不同裂纹类型构件在双轴加载工况时的机械强度目前成为研究焦点。以一种典型双轴加载条件(在平板端面施加垂直于裂纹面方向的拉/压力及沿厚度方向的弯矩和在沿厚度方向的平板两侧面施加拉/压应力)为载荷工况,以含埋藏椭圆裂纹平板为研究对象,开展对含埋藏椭圆裂纹及扩展后的表面椭圆裂纹、沿厚度方向穿透裂纹或沿宽度方向贯穿表面裂纹平板的极限载荷值及J积分值对比分析,给出了FAD评定图及评定方案,为用户合理使用含缺陷构件提供参考。     

弯扭组合轴表面裂纹应力强度因子修正系数的光弹性确定

评价了将轴表面半椭圆裂纹简化为有限边界平板和单边裂纹问题和半无限体表面穿透直线裂纹问题来处理的局限性。通过三维光弹实验成功地测定了轴表面半椭圆裂纹前缘各点的应力强度因子ＳＩＦ，并根据几组弹数据回归出轴表面对ＳＩＦ的影响修正系数ＭＹ与裂纹相对深度α／Ｆ之间的关系曲线。     

基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用

介绍Franc3D软件的基本理论和计算流程,通过埋藏椭圆裂纹和半椭圆表面裂纹算例和薄板算例验证了Franc3D应力强度因子计算的准确性及裂纹扩展寿命计算的可靠性,开展轮盘三维裂纹扩分析验证了软件的工程应用价值,对三维裂纹扩展分析和损伤容限设计具有参考意义。     

具有包覆层油管断裂性能分析

利用将界面裂纹问题转化为非界面裂纹问题的方法，并借助权函数理论分析了具有包覆层管道的表面半椭圆裂纹应力强度因子，推导出一种具有包覆层管道界面裂纹的应力强度因子的解析式，可以用于解决工程界面裂纹问题。同时，利用ANSYS软件对包覆层厚度对管道应力应变的影响规律进行了分析。     

球形容器接管外拐角表面裂纹疲劳扩展计算机模拟技术

文通过实物容器实验对接管外拐角表面裂纹疲劳扩展形状作了分析，并用数值方法对该裂纹作了模拟跟踪，将实验和计算所得外拐角表面裂纹同无限大平板半椭圆、接管内拐角表面裂纹作了比较，并指出了接管外拐角表面裂纹的扩展不仅趋于曲线形状，而且裂纹扩展呈现凸出现象；并指出，常规的假定无限大平板上裂纹形状运用到接管外拐角所产生误差的缘由。     

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。     

疲劳载荷和表面力学特性对微动疲劳裂纹萌生位置的影响

采用数值分析的方法研究了单构件螺栓铆接铝板在不同接触表面摩擦因数和疲劳载荷的情况下铝板上表面接触区内边缘 (孔边) 和外边缘的应力场特性,分析了摩擦因数和疲劳载荷对微动疲劳裂纹萌生位置的影响.结果表明,微动疲劳裂纹的理论分析结果与试验实测是吻合的.增加摩擦因数和疲劳载荷幅值时都会使裂纹的萌生由90°区域向45°区域移动.     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。     

《工程材料高低循环复合疲劳》讲座(三) 高、低循环复合疲劳裂纹扩展

近年来已经变得明显的是裂纹扩展往往比裂纹发生在工程实际中更为重要,因为事实上绝大多数工程结构和构件都含有缺陷,或在制造时或在使用中由疲劳以外的因素所引入。这些缺陷一般都将在循环加载下扩展.此外,环境效应对裂纹形成与扩展均产生影响,特别是高温及与过程有关的时间可能是重要的。在低周叠加高周复合作用条件下,对低周疲劳裂纹扩展寿命的影响较之裂纹形成寿命来说要大得多,此时,疲劳裂纹扩展寿命显得格外重要.     

高强钢断裂韧性与疲劳裂纹扩展评价方法研究进展

高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用，其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态，是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展，损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁路等重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。作为损伤容限设计中的关键力学参量，准确掌握断裂韧性和疲劳裂纹扩展的评价方法，能够对解决大型构件完整性和可靠性研究的瓶颈问题中起到承上启下的作用。首先概述高强钢的分类和失效问题，分析断裂韧性和疲劳裂纹扩展的表征形式。从尺寸效应和能量准则等方面系统阐述了小试样估算断裂韧性的方法，并探讨高强钢中拉伸性能、冲击韧性与断裂韧性的定量关系研究进展。从近门槛值区、稳态区和全阶段区域分别阐述疲劳裂纹扩展模型和方法，并重点介绍贴近实际工程应用中的应力比和尺寸效应两方面的研究进展。最后提出高强钢断裂韧性和疲劳裂纹扩展评估及测试技术研究中值得关注的若干问题。     

疲劳裂纹的工程预测方法

应用腐蚀疲劳裂纹试验数据验证了文献「１」中疲劳裂纹扩展尺寸的通用计算公式;建立了用三组实测数据预测疲劳裂纹扩展尺寸的实用方法;并将通用计算公式推广用于预测工程构件上中疲劳裂纹状经,提出了构件疲劳裂纹形状扩展尺寸的通用计算公式。     

CFRP布加固钢箱梁的疲劳试验设计研究

钢箱梁长期运营后,不可避免地出现疲劳裂纹,疲劳裂纹出现后使得钢箱梁运营具有一定的安全隐患。钢箱梁疲劳裂纹处治包括补焊法、钻孔法和CFRP布加固法等,其中CFRP布加固法充分利用了复合材料的优越性,是一种较为有效的加固方法。根据某节段式钢箱梁构件,选择了CFRP布加固材料,确定了CFRP布加固的5个步骤(表面处理、配胶、涂胶、粘贴CFRP布及锚固),并设计了疲劳加固试验的装置和加载方案。通过对加固构件进行疲劳试验,可研究加固构件的疲劳性能,验证加固构件的加固效果,并对疲劳损伤演化过程进行理论分析。     

金属材料表面裂纹疲劳扩展形状演变规律

基于裂纹扩展过程中的能量释放率理论提出一种表面裂纹疲劳扩展形状的计算方法,研究了在拉伸和弯曲疲劳载荷作用下金属板材中表面裂纹扩展形状演变规律,并进行了试验验证。结果表明:计算得到在拉伸载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为扁长型半椭圆形;在弯曲载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为细长型半椭圆形;试验得到表面裂纹在疲劳扩展过程中的形状逐渐靠近计算得到的形状;在表面裂纹长度相等的条件下,试验与计算得到的裂纹深度的相对误差小于4.5%,说明采用基于能量释放率理论的表面裂纹扩展形状计算方法来预测表面裂纹疲劳扩展的形状演变是可行的。     

钻杆内加厚过渡段表面裂纹的断裂性能研究

钻井过程中,井口附近的钻杆往往受到最大的拉力和扭矩,受力条件恶劣。钻杆加厚过渡带处应力集中比较严重,其内加厚过渡区消失点是疲劳裂纹萌生乃至刺漏、断裂事故发生的危险部位。以某超深直井井口附近的G105钻杆实际受力为背景,建立外表面含横向半椭圆表面裂纹的内加厚过渡段的有限元模型,数值研究拉力和扭矩组合作用下裂纹体的断裂性能。在不同的拉力扭矩载荷比条件下,得到裂纹扩展至不同深度时的临界形状比,拟合出无因次应力强度因子随裂纹扩展的变化规律,为研究拉扭组合作用下钻杆的疲劳寿命提供依据。