管道轴向穿透裂纹尖端应力强度因子数值模拟

裂纹是管道中常见的缺陷形式,其应力强度因子是开展管道安全性评价的重要依据。为了准确获得管道中裂纹的应力强度因子,采用1/4节点法建立了求解长输管道轴向穿透裂纹应力强度因子的有限元模型,并将有限元法和解析法求得的应力强度因子进行对比,验证了新建模型的可靠性。分析了内压、裂纹长度、内径以及厚径比对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时探究了沿壁厚方向应力强度因子的变化规律。结果表明:内压、裂纹长度的增加,将会导致应力强度因子增大;内径、厚径比的增大,则会使应力强度因子减小,且当内径超过500 mm时,应力强度因子不再随着直径的增加而发生变化;管道外壁处应力强度因子始终高于内壁处,随着内压的增加,裂纹将从管道外壁启裂。采用1/4节点法计算裂纹尖端的应力强度因子,其操作方便、计算精度高,可为开展长输管道的安全评价工作提供参考。(图10,表6,参24)     

薄壁管道表面裂纹的应力强度因子计算

在已进行过的关于管道表面裂纹的应力强度因子计算工作中，都只局际于化工或核工业使用的厚壁管道，对于输送油气的薄壁管道其表面裂纹庆力强度因子尚未见到有关文献报道，用有限单元法计算了超薄壁管道中一些轴向和环向表面裂纹尖端的应力强度因子，给出了近似计算公式，并对结果进行了分析讨论，对于轴向裂纹与外面裂纹的应力强度因子基本相同，内表面裂纹的略大一点，两条裂纹的应力强度因子比单条裂纹的略大一点。     

薄壁管道半椭圆表面裂纹热应力强度因子计算

论述了径厚比为１０：１,具有内侧或外侧轴向表面半椭圆纹薄壁管道应力强度因子计算的权函数方法。根据有关文献给出了表面裂纹最深点及表面点权函数的解析表达式。着重分析了具有此类裂纹的薄壁管道在热应力作用下,最深点及表面点的应力强度因子与裂纹深度ａ／ｔ和裂纹纵横比ａ／ｃ的关系,其结果对薄壁管道的使用寿命评估和断裂分析具有一定的参考作用。     

输油管道强度试压最高应力研究

管道试压后残存裂纹的疲劳扩展是影响管道正常使用寿命的主要因素之一。从管道缺陷的断裂特性入手，分析了试压应力对管道残存裂纹扩展寿命的影响，管道试压高应力过载峰对试压后裂纹扩展速率产生明显的延缓作用，过载峰愈高，延缓作用愈大；同时过载峰又增大了裂纹尺寸，造成管道承压能力逆转，加速裂纹扩展速率。定量分析表明，当表面裂纹的长度与深度的比值较小时，承压能力逆转量较小，对裂纹扩展速率影响不大；而裂纹尺寸较大的     

海底管道起吊时最佳吊点位置的选择

针对海洋管道的施工情况，提出了确定管中应力和吊点位置选择的两个问题。根据材料强度，认为起吊引 的管中应力不宜超过许用应力。为此，分析管子起吊的受力和变形，是选择海洋管道最佳起吊位置的保证。利用材料力学方法对此问题进行了分析。在应力分析中，研究了集中载荷单独作用、均布载荷单独作用端口位移条件等问题，并给出了相应计算公式；对于最佳吊点位置，除给出计算公式外，还以曲线形式给出了管中最大应力、悬空长度和提     

基于应变的管道环焊缝失效评估图评价方法改进

当管道名义应力超过材料屈服强度时,基于应变的失效评估图是评价管道内裂纹缺陷的重要手段,焊缝强度匹配是影响管道环焊缝断裂行为的重要参数,而传统的基于应变失效评估图方法未考虑焊缝强度匹配的影响。基于此,采用数值模拟方法建立了管道环焊缝外表面局部环向裂纹驱动力有限元模型,并基于BS 7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》的参考应变计算方法,探索了裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数、管材屈服强度对基于应变失效评估图评价管道环焊缝裂纹缺陷精度的影响,提出了将焊缝强度匹配纳入基于应变的失效评估图的改进方法与计算模型。改进后的基于应变失效评估图方法大大提高了其适用范围与评价精度,可为工程中开展管道环焊缝的适用性评估提供参考。（图14,表1,参24）     

求解野战输油管道输送能力的数学模型

野战输油管道的长度因战场的变化而不同，运用流体力学、概率论和组合数学建立了管道平均可达流量在管子可靠性、连接的可靠性、阀门可靠性、泵站可靠性、稳定时间和调节频率等因素影响下随管道长度变化的数学模型。该数学模型计算的结果表明，管道的输送能力随泵机组可靠度的降低和管道长度的增加而减小。该数学模型有助于决策者根据战场情况预知将要敷设的管道可能达到的输送量。     

带锯条的裂纹与断裂

根据弹性力学平面应力问题有限元法基本理论,对带锯条锯齿上不同长度裂纹尖端应力进行了计算,在此基础上,研究与分析了带锯条的裂纹对断裂强度的影响。结果表明,循环加载是裂纹产生、延伸及锯身断裂的主要原因。在裂纹对断裂强度的影响的多种因素中,裂纹长度的影响尤为重要。裂纹尖端应力随裂纹长度增加而增大,此时断裂强度下降,锯身允许的循环载荷次数减少,使用寿命缩短。     

管道轴向裂纹面内压作用下的J积分计算

在管道的制造、安装和运行期间,不可避免地会产生类似于裂纹的缺陷,轴向理解纹是最常见的裂纹。确定含轴中裂纹管道在各种应力状态下的应力强度因子和Ｊ积分,是评价管道完整性和使用寿命的重要组成部分。根据Ｋａｒｌｓｏｎ和Ｂａｃｋｌｕｎｄ推导的考虑裂纹承载的修正Ｊ积分的表达式,结合帕里斯公式和权函数方法,论述了管道轴向理解纹面在内压作用下的Ｊ积分计算方法,并与其它计算方法进行了比较。     

楔型向错偶极子对界面裂纹尖端场的干涉

研究了材料中楔型向错偶极子与界面裂纹的弹性干涉效应.运用复变函数方法获得了复势函数和应力场的封闭形式解答,导出了界面裂纹尖端应力强度因子的解析表达式.讨论了向错偶极子的位置、方向和偶臂长度对界面裂纹尖端应力强度因子的屏蔽和反屏蔽效应.结果表明,向错偶极子靠近裂纹尖端时,对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽作用非常强烈.向错偶极子的方向存在一个临界值使其对应力强度因子的屏蔽或反屏蔽效应最大.另外,偶臂长度和材料失配对应力强度因子的影响也很大.     

钢筋混凝土临界锈胀力预测的双K断裂模型

应用混凝土断裂理论,结合混凝土存在初始裂缝和微缺陷的特性,假定混凝土内部钢筋表面位置沿径向存在两条初始裂纹,导出了应力强度因子的近似解析解。通过应力强度因子与锈胀力的关系建立了基于双K断裂参数的保护层初裂和完全开裂时刻的临界锈胀力预测模型,进而提出了考虑界面间隙和钢筋锈损厚度的混凝土结构锈胀开裂耐久寿命预测方法,为钢筋混凝土结构锈蚀损伤耐久寿命预测提供了一种新的理论方法。对不同的初始裂缝长度将临界锈胀力的预测值与实验结果进行比较,证实了预测模型的有效性,并对临界锈胀力的主要影响因素做了分析。     

天然气管道极限压力有限元模拟研究

管道极限压力的确定能为管道设计提供优化参数和安全运行保障,节约建设成本,降低危险系数.但现有预测公式往往偏差较大,导致浪费和评估误差.利用三维有限元模型,模拟天然气管道在不含裂纹、不同长度纵向穿透裂纹和环向穿透裂纹三种情况下的极限压力,并根据模拟结果建立两种含裂纹情况下极限压力与管道材料性能、尺寸、裂纹长度的工程预测模型.与已知预测模型比较发现,在无裂纹存在时,Christopher公式的预测公式可很好地用于工程分析,但在含缺陷情况下,现有预测公式与本文所建公式相比存在较大保守性,尤其对环向穿透裂纹存在时,已知预测模型与模拟结果存在极大差异.     

压力容器内外壁轴向双裂纹相互作用

压力容器在制造过程、疲劳与复杂应力状态下会产生裂纹,这些裂纹的存在将影响到容器的安全使用,有必要对容器内外壁同时存在轴向双内外裂纹相互作用对应力强度因子的影响进行深入研究。利用ANSYS、FRANC 3D有限元软件建立含内外壁轴向裂纹的柱形压力容器模型,分析不同裂纹深长比的内外裂纹在静、动态下的相互作用对应力强度因子的影响,拟合得到不同裂纹深长比下名义应力强度因子的变化曲线,发现裂纹相互作用对深长比小的初始裂纹的扩展有促进作用,而对深长比大的初始裂纹的扩展则有抑制作用。研究结果对于不同深长比多裂纹相互作用下的裂纹扩展机理及多裂纹断裂失效评定问题的研究具有借鉴作用。     

热磨法木片断裂力学模型及磨片参量的影响因素1）

将热磨机磨片把木片原料研磨为纤维的过程转化为木片断裂的形式,运用断裂力学理论对其研究。当磨片研磨木片时,木片的破坏简化为Ⅱ－Ⅲ复合型（滑开型＋撕开型）裂纹的扩展问题,建立木片断裂过程的力平衡方程,研究木片断裂力学模型,分析纤维研磨过程中磨片施力方式与木片原料研磨之间的关系;运用含斜裂缝有限板裂缝尖端的应力强度因子计算公式,推导热磨法木片断裂的断裂判据,并对磨片参量影响的因素进行分析,为磨片的设计提供理论依据。     

工程结构蚀坑的腐蚀疲劳裂纹起始寿命预测

为了研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质及预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。基于此,分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件主要为蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值均可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。