光滑弯管环向内表面裂纹的断裂参数及安全评定研究

论文摘要

弯管起着改变管线方向的作用,是管系的重要组成部分。由于种种原因弯管容易产生裂纹,有必要对含裂纹弯管进行安全评定,但是目前弯管的断裂参数还很缺乏。基于断裂力学理论,本文借助有限元软件ANSYS,对弯管进行了以下研究：(1)研究了断裂力学相关理论和安全评定规范,为深入研究提供理论依据。(2)建立无缺陷光滑弯管的有限元模型并进行应力分析,得出了弯管内拱内表面为弯管的危险部位容易滋生裂纹的结论。(3)建立含裂纹的直管模型,对模拟裂纹尖端应力奇异性的方法进行了研究,将计算结果与EPRI提供的解进行对比,验证了方法的正确性,为后面的研究打好坚实的基础。(4)对光滑弯管环向内表面裂纹模型进行弹性分析,获得了不同尺寸裂纹所对应应力强度因子,并转化为形状因子F以方便工程人员使用。(5)对所建的弯管模型进行非线性分析,获得了含裂纹弯管的塑性极限载荷的削弱系数。(6)计算了内压和弯矩载荷作用下,全塑性J积分并给出了全塑性解系数数据库。(7)绘制了实效评定图并与国标通用失效评定图进行研究讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 断裂参量
• 1.1.1 应力强度因子（K因子）
• 1.1.2 J积分
• 1.2 断裂评定方法和准则
• 1.2.1 脆性断裂失效评定
• 1.2.2 塑性极限载荷失效评定
• 1.2.3 弹塑性断裂失效评定
• 1.2.4 国外含缺陷压力容器和压力管道评定规范的最新进展
• 1.2.5 我国缺陷评定方法研究进展
• 1.3 本文研究内容及意义
• 2 无缺陷光滑弯管的应力分析
• 2.1 有限元法与ANSYS软件简介
• 2.2 无缺陷光滑弯管有限元分析
• 2.2.1 有限元模型的建立
• 2.2.2 内压作用下光滑弯管应力分布
• 2.2.3 面内弯矩作用下光滑弯管应力分布
• 2.3 小结
• 3 含裂纹模型的建立与验证
• 3.1 裂纹尖端奇异性模拟
• 3.1.1 蜕化奇异等参单元
• 3.1.2 单元的排布
• 3.1.3 直管有限元模型的建立
• 3.2 结果验证
• 3.3 小结
• 4 含裂纹光滑弯管的弹性有限元分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 材料性能及结构参数
• 4.1.2 计算模型
• 4.1.3 有限元模型
• 4.1.4 载荷及边界条件
• 4.2 内压载荷下光滑弯管环向内表面裂纹的弹性分析
• 4.2.1 应力强度因子的影响因素
• 4.2.2 形状因子
• 4.3 弯矩作用下光滑弯管环向内表面裂纹的弹性分析
• 4.3.1 约束及加载
• 4.3.2 应力强度因子
• 4.3.3 形状因子
• 4.4 形状因子数据库
• 4.5 不同位置裂纹的形状因子对比
• 4.6 小结
• 5. 含环向内表面裂纹光滑弯管的塑性极限载荷研究
• 5.1 塑性极限载荷的确定
• 5.2 有限元模型
• 5.3 含内表面环向裂纹光滑弯管的塑性极限内压
• 5.3.1 无缺陷光滑弯管的极限内压
• 5.3.2 约束及载荷
• 5.3.3 结果及分析
• 5.4 含内表面环向裂纹光滑弯管的塑性极限弯矩
• 5.4.1 无缺陷弯管的极限弯矩
• 5.4.2 结果及分析
• 5.4.3 削弱系数数据库
• 5.5 小结
• 6 光滑弯管环向内表面裂纹的全塑性计算
• 6.1 研究概况
• 6.2 全塑性解系数的处理方法
• I的计算方法'>6.2.1 全塑性解系数h_I的计算方法
• P的计算方法'>6.2.2 全塑性解J_P的计算方法
• 6.2.3 材料非线性特性设置
• 6.3 光滑弯管环向内表面裂纹全塑性解系数的计算
• 6.3.1 单元的选取
• I的确定'>6.3.2 全塑性解系数h_I的确定
• 6.4 计算结果及分析
• 6.5 失效评定图的绘制
• 6.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 主要符号说明
• 附录B 内拱处含环向内表面裂纹弯管建模程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢