内压作用下斜接弯管纵向半穿透裂纹应力强度因子研究

采用三维有限元技术,应用ANSYS对内压作用下含纵向半穿透裂纹斜接弯管的应力强度因子进行了系统的分析。建立了三维有限元裂纹模型,对裂纹前沿应力强度因子的影响因素进行了研究,分析了不同内压下无量纲参数裂纹相对深度a/t、裂纹相对形状b/a、管壁相对厚度Do/t对应力强度因子的影响。     

弯矩作用下弯管内壁环向裂纹应力强度因子分析

应力强度因子KI是缺陷结构安全评定的必需参数.利用有限元分析软件ANSYS自顶向下方法建立了弯管内壁环向裂纹模型,并对弯矩作用下的KI进行分析.结果表明:无论张开弯矩还是闭合弯矩,KI随裂纹半角θ、纵向裂纹角θ1及裂纹深度与壁厚之比a/t的变化趋势均相同,但变化梯度不同.对张开弯矩,KI随环向裂纹角θ2的变化存在120°和240°两个波峰位置;对闭合弯矩,KI随环向裂纹角θ2的变化存在60°,180°和300°三个波峰位置,并非所有承受弯矩作用的含内壁环向裂纹弯管均危险.     

直管外表面轴向半椭圆裂纹应力强度因子KⅠ的有限元分析

利用有限元法对含外表面轴向裂纹的直管进行了分析,应用有限元软件ANSYS建立了裂纹有限元模型,采用参数化建模对内压下裂纹的应力强度因子KI进行计算,得出了影响应力强度因子的主要因素。计算表明,应力强度因子随a/t及a/c成线性变化,并与t/Do为乘幂关系。一般情况下,表面裂纹在最深点（90°）处应力强度因子最大,然后随着角度的减小应力强度因子依次减小。但是在最浅点（0°）处应力强度因子有回升趋势,且随着a/t的增加,这种回升趋势逐渐明显,当a/t=0.8时,甚至出现最浅点KI超过最深点KI的现象,这时对于结构的脆性起裂位置要慎重判断,不能单纯地以最深点KI为断裂依据。     

内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子分析

应力强度因子是缺陷结构安全评定的必需参数。利用有限元分析软件ANSYS建立了内压作用下弯管环向穿透裂纹模型,以管道外径、管道厚度、纵向裂纹角、裂纹半角、环向裂纹角为参数,对不同参数下的应力强度因子进行了计算。结果表明:应力强度因子与纵向裂纹角θ1无关;应力强度因子随裂纹半角θ的增大而增大;应力强度因子随环向裂纹角θ2的增大先减后增。依据计算结果对参数进行了无量纲化,继而拟合了内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子计算关系式。     

多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算

载荷比是开展含缺陷结构常规安全评定的必需参数。实际工况下结构多承受多载荷联合作用,但多载荷下含缺陷结构的载荷比计算还无确切方法。提出了适用于多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算的单位球方法,并利用弹塑性有限元技术,以环向穿透裂纹弯管为例,对单位球方法的模型假设条件进行了验证。