拉伸和弯曲载荷作用下含R槽方形壳角裂纹应力强度因子计算

为了求解拉伸和弯曲载荷作用下裂纹截面上多个不同的奇异应力场的应力强度因子，在断裂力学理论基础上，运用J₂积分法和材料力学中平截面假设，以含R槽方形壳对称穿透角裂纹的应力强度因子为例进行分析研究。结果表明，J₂积分法以及材料力学中平截面假设可用于确定拉伸和弯曲载荷作用下裂纹截面不同应力场对应的应力强度因子；提出的不同应力强度因子之间的关系式简化了具有复杂裂纹的含裂纹工程构件的应力强度因子求解，为解决复杂应力场所对应的应力强度因子问题提供了思路。同时将有限元解与本研究解进行了比较，两者吻合较好。     

抽油杆杆体表面裂纹应力强度因子的研究

根据断裂力学中的应力强度因子来研究抽油杆杆体部位表面裂纹的变化，从而对抽油杆杆体部位表面裂纹缺陷进行定量评定，并用疲劳裂纹扩展法求应力强度因子，其优点是可以在接近真实裂纹构件的情况下，用试验分析方法研究应力强度因子问题。     

弯矩下含肩部穿透裂纹接管应力强度因子研究

在弯矩作用下,含裂纹接管的应力强度因子研究鲜见报道,其研究结果对丰富缺陷压力容器的安全评定具有重要的意义。采用三维有限元方法,对含肩部穿透裂纹接管在弯矩作用下裂纹的应力强度因子KIM进行计算和分析。研究结果表明,弯矩与KIM呈线性关系,裂纹长度越大,KIM越大;接管和容器的壁厚增加、容器开孔增大,KIM均减少。同时给出了KIM拟合式和KIM与各参数关系以用于对此类缺陷的安全评定。     

压力容器含裂纹接管过渡区有限元分析及优化

针对压力容器服役过程中因应力集中而形成裂纹的问题,运用有限元软件仿真计算压力容器接管过渡区裂纹尖端应力强度因子和最大等效应力。通过改变接管尺寸、焊接不同厚度补强圈或翅片,比较其对Ⅰ型应力强度因子K_I及最大等效应力的影响。结果表明,增大接管壁厚和内、外过渡圆角直径,减小接管开孔尺寸,焊接补强圈或翅片均可一定程度上减小K_I及最大等效应力;增大内过渡圆角直径的效果较增大外过渡圆角直径的效果更好;补强圈与筒体厚度比存在最佳值,厚度比为0.35时K_I及最大等效应力最小;焊接翅片可有效降低K_I及最大等效应力。     

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。     

基于Kriging方法的压力容器开孔接管区结构强度可靠性分析

压力容器开孔接管区应力状况复杂,存在着很大的峰值应力,是产生疲劳裂纹和脆性断裂的危险区域。采用拉丁抽样方法产生样本点,用ANSYS计算出不同样本点的响应值,并用Kriging计算方法对功能函数进行拟合以及可靠度计算。通过数值算例验证了该方法的精度,并编制了专用程序以实现压力容器开孔接管区结构强度的可靠性分析。     

储罐大脚焊缝裂纹裂尖应力强度因子研究

储罐大角焊缝附近的应力水平最高,此处裂纹最为危险。为了研究该位置裂纹的断裂性能,利用有限元软件ANSYS提出了简化的储罐模型,并在简化模型基础上建立二维和三维裂纹模型,进行了大量的数值模拟,基于断裂力学知识计算了裂纹最深处的应力强度因子值,并且与规范GB/T 19624—2004和文献的计算结果进行对比,并进一步分析了裂纹位置及尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明,规范的方法与文中模拟的结果吻合良好;当底板裂纹与焊趾的距离超过12mm时,不必考虑焊趾放大系数;对焊趾位置所在截面的应力线性化结果不再适用于公式计算应力强度因子;当裂纹深度超多5mm时,有限元方法收敛性差,结果不再准确;深度方向垂直于构件表面的裂纹,最深处的应力强度因子最大。     

压力容器强度设计技术分析（三）

为满足工艺操作、容器制造、安装、检验及维修等要求,在压力容器上开孔是不可避免的。 容器开孔以后,不仅整体强度受到削弱,而且还因开孔引起应力集中造成开孔边缘局部的高应力。因此压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。 压力容器开孔补强设计内容较为丰富,本文以压力容器开孔引起的强度问题;等面积补强法分析;     

抽油杆表面椭圆裂纹应力强度因子有限元分析

运用三维有限元法求解抽油杆杆体及接头不同部位表面椭圆裂纹在拉伸载荷下的应力强度因子。采用Ｉｎｇｒａｆｆｅａ方程由裂端２０节点奇异单元位移场可精确、连续地给出应力强度因子沿裂纹线的变化，实验验证表明，运用三维有限元分析所得到的应力强度因子有较高的工程精度。应用此结果，可对抽油杆不同部位的裂纹问题作断裂与疲劳分析。     

导管架管节点穿透裂纹应力强度因子数值分析

采用有限元软件ANSYS建立多个不同尺寸的撑杆焊趾处带穿透裂纹的导管架平台T型管节点有限元模型,载荷分别为施加在撑杆上的轴力和平面内弯矩,采用位移外推法计算裂纹前缘的应力强度因子。首先验证ANSYS计算的管节点撑杆焊趾处穿透裂纹应力强度因子结果随裂纹前缘网格尺寸变化的收敛性,然后初步讨论管节点撑杆壁厚和穿透裂纹角度半宽值对撑杆焊趾处穿透裂纹应力强度因子的影响,得出了应力强度因子随撑杆壁厚和穿透裂纹角度半宽值的变化规律,可为工程中管节点的止裂工作提供参考。     

三维断裂理论在管线钢安全评定中的应用

引入三维应力约束Tz理论和等效厚度概念 ,对三维裂纹的应力强度因子和断裂韧性的计算进行了改进 ,并通过含表面裂纹、单边和双边角裂纹的断裂试验验证了三维断裂理论用于油气输送管线钢剩余强度评定的可行性。试验结果表明 ,此管线钢中的裂纹起裂韧性Ki值随裂纹形态和方位的不同有较大差别 ,且都低于穿透裂纹的起裂值。经三维断裂理论分析后发现 ,所有三维裂纹形态的三维起裂韧性Kzimax都与穿透裂纹的三维起裂韧性Kzithrough值很接近。这说明三维起裂韧性Kzi基本与裂纹形态和几何尺寸无关 ,管线钢的断裂韧性得到统一。     

射孔开裂套管的剩余强度研究

经有限元分析提出了射孔开裂套管应力强度因子近似计算公式,采用最新的套管材料断裂韧性实验数据,研究了孔裂套管临界承载能力,阐述了J55、N80孔裂套管剩余强度与裂纹长度的关系,指出在套管设计中应考虑裂纹对套管强度的影响和消除套管射孔开裂的重要性。     

裂纹型缺陷对套管承载能力影响研究

套管裂纹缺陷中最危险的是表面裂纹，可分解成表面周向裂纹和表面轴向裂纹问题。采用能量差率方法，将裂纹的三维问题转化为二维问题，获得了关于裂纹张开位移的伯努利方程的简化封闭解，导出了空心圆管内、外表面的周向半椭圆表面裂纹在轴向拉伸载荷作用下的应力强度因子的封闭解，并在实例中用双边界元法证明了封闭解的正确性；对轴向裂纹的应力强度因子，比较了经验公式求解与双边界元计算的结果；分析了工程实例中裂纹缺陷对套管安全的影响。     

压力容器筒体的断裂力学分析

用常规强度理论设计的构件忽略了结构上客观存在的裂纹缺陷，因此无法解释工程上的许多断裂事故。鉴于此，介绍了断裂力学基本理论及其判据，给出了计算压力容器筒体上临界裂纹尺寸的方法及框图，并对按传统方法设计的某径向反应器筒体进行了断裂力学分析及计算。新给出的计算方法及计算程序框图适用于对按常规方法设计的各类压力容器筒体及其它工程结构进行断裂力学分析及研究，计算出的临界裂纹尺寸可作为无损检测的判废依据，因此是对传统强度理论设计的补充和完善。     

焊趾表面裂纹应力强度因子计算的基本模式法

给出一个用来计算对接和角接焊接接头焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中裂纹前缘应力强度因子分布的工程实用计算法－－基本模式法。本文通过高自由度的三维有限元分析，形成一个表面裂纹的应力强度因了数据库。利用数据库中基本模式解的插值和组合，可以非常迅速地求得一般几何参数情况下焊趾半椭圆表面裂纹在复杂应力场中沿裂纹前缘的应力强度因子分布。计算过程极简单而迅速，因此特别适用于疲劳裂纹扩展分析。     

带裂纹圆筒形压力容器安全度计算法

在价值分析的基础上,结合可靠性工程,把平均安全系数与结构可靠度组合而成结构安全度,对带裂纹圆筒形压力容器安全度的计算提出了一种新算法,称为结构安全度计算法。文中引用了一个简单压力容器的安全度计算实例,并用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ 进行计算,得到与其它方法计算相同结果,符合实际。这种方法既适用于断裂分析,也适用于不含裂纹的构件或结构物的设计分析,对石油工程中钻杆,抽油杆和套管的强度设计和分析均适用。     

压力容器非径向开孔结构的应力分析和强度评定

压力容器在开孔区域的结构不连续性,使得开孔处会出现应力集中现象,导致局部高应力区。开孔形状对局部应力分布有直接影响。文章采用ANSYS Workbench有限元软件,对压力容器筒体上3种形式的尺寸和位置均相同的非径向开孔结构(即矩形、带圆角矩形和带圆角平行四边形开孔)进行应力分析和强度评定。结果表明:矩形开孔的结构强度最差,带圆角平行四边形结构次之,带圆角矩形结构受力最好。同时可以看出,带圆角矩形开孔的最大等效应力最小,最大变形量与平行四边形相当,体现出圆角矩形开孔的优越性。可为压力容器非径向开孔设计提供一定的参考。     

厚壁筒径向裂纹最危险分布

对于含有多条径向裂纹的厚壁圆筒 ,用有限单元法计算了裂纹尖端的应力强度因子 ,分析了裂纹条数及裂纹之间的夹角对应力强度因子的影响。认为在所有裂纹分布的情况中 ,2条对称裂纹的应力强度因子最大 ,即 2条对称裂纹是最危险的分布     

轴向载荷下油管点蚀坑-裂纹应力强度因子研究

为了研究管道在轴向载荷下的点蚀坑-裂纹应力强度因子的变化规律,利用ANSYS平台提供的相互作用积分法,把点蚀坑和裂纹作为一个整体模型,研究了油管外壁点蚀坑形态、裂纹形态和裂纹倾斜角度等对裂纹应力强度因子的影响.研究结果表明:裂纹前缘存在严重的应力集中现象,且应力最大值均在裂纹前缘与点蚀坑底面的交点处;Ⅰ型应力强度因子K...     

用Paris公式处理含表面裂纹抽油杆疲劳断裂问题的研究

对使用公式处理含表面裂纹圆柱杆时（△K）的关系特征进行了分析，证明此式用于该类构件是合适的，并提出了相应材料常数C、m的一种确定方法。对不同应力强度因子系数在该方面的差异进行了讨论。为抽油杆柱疲劳断裂寿命分析的工程应用提供了依据。