基于有限元的管道焊缝裂纹干涉问题研究

发布时间：2025-05-26 23:50

　　 建立了管道焊缝双裂纹的有限元模型,分析双裂纹尺寸和裂纹尖端距离对裂纹应力强度因子的影响,讨论了裂纹干涉的规律,拟合出双裂纹间距离比和尺寸比对裂纹应力强度因子放大系数影响规律的计算公式.研究了焊缝区双裂纹干涉的规律.结果表明:随着两裂纹尖端距离增大,放大系数与距离比、尺寸比的关系为指数关系,其中距离比对放大系数的影响指数接近为-1,尺寸比对放大系数的影响指数接近为2.同时,基于干涉规律及结果,对裂纹进行ECA评估,同BS7910规范中对裂纹等效合并后的评估结果比较,拟合公式考虑了干涉效应的影响,评估结果较为准确,而BS7910规范评估结果或过于保守或过于乐观.

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【部分图文】：

图1 单裂纹有限元网格划分模型

图1为平板单裂纹有限元网格划分模型,图2为三维表面裂纹示意图,在半椭圆裂纹中,不同节点的应力强度因子随参量角θ的变化而变化,呈现出先减小后增大的趋势,在最深处附近区域应力强度因子达到最小值.图2三维表面裂纹示意图

图2 三维表面裂纹示意图

图1单裂纹有限元网格划分模型图3为平板表面单裂纹应力强度因子分别用有限元和Newman-Raju公式计算的结果对比,除去两端和中间区域两者拟合效果基本一致;文中研究的裂纹应力强度因子均为最大值即两端节点较大值,图中两者误差在2%之内.

图3 平板表面单裂纹应力强度因子计算结果

图3为平板表面单裂纹应力强度因子分别用有限元和Newman-Raju公式计算的结果对比,除去两端和中间区域两者拟合效果基本一致;文中研究的裂纹应力强度因子均为最大值即两端节点较大值,图中两者误差在2%之内.1.2裂纹干涉有限元模型

图4 模型边界条件设置(单位:mm)

对于均匀拉伸情况,选定X80隔水管外径762mm,内径711.2mm,管长为240mm,建立1/2模型,一端设置为轴对称条件,另一端施加100MPa拉应力,图4为模型边界条件设置.其中,两条半圆形裂纹位于轴对称面,裂纹尖端距离指两裂纹近端节点的弧距,近似于直线距离,裂纹相....

本文编号：4047171