X100管線鋼二維和三維裂紋的彈塑性約束失效分析.pdf

1、隨著我國工業(yè)化的飛速發(fā)展，對(duì)石油天然氣等能源輸送能力的要求越來越高，而隨著西氣東輸和南水北調(diào)等工程的進(jìn)展，大口徑高壓管道得到越來越廣泛的應(yīng)用。管道常因各種制造缺陷和焊接瑕疵而存在各種微裂紋，在使用過程中這些微裂紋會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成為宏觀裂紋，因此，對(duì)存在裂紋的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度分析就尤為重要。
　　 對(duì)存在缺陷的X100管道進(jìn)行安全性評(píng)定、壽命評(píng)估和失效概率計(jì)算時(shí)，斷裂韌度是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。但試樣幾何構(gòu)形、加載方式及裂紋尺寸不同，會(huì)在裂紋

2、端部產(chǎn)生不同的約束效應(yīng)，從而導(dǎo)致材料斷裂韌度和JR阻力曲線具有幾何相關(guān)性，因此必須認(rèn)真考慮約束效應(yīng)的影響，才能準(zhǔn)確地對(duì)失效進(jìn)行預(yù)測。
　　 首先，運(yùn)用彈塑性斷裂理論并結(jié)合有限元數(shù)值分析，定量研究了帶軸向直裂紋X100管線鋼的斷裂行為。在J-Q雙參數(shù)理論的基礎(chǔ)上，考慮塑性效應(yīng)的影響，引入一個(gè)新參數(shù)βQ，建立了J-βQ雙參數(shù)斷裂準(zhǔn)則。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到X100鋼的斷裂失效曲線，并對(duì)帶軸向內(nèi)、外裂紋管道的臨界壓力值進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明，

3、管道外裂紋的約束比管道內(nèi)裂紋高，但裂紋較淺(a/t≤0.2)時(shí)相反；在裂紋尺寸比較小時(shí)(a/t≤0.40)，裂紋尖端場所受約束較弱，塑性變形比較大，管道以屈服破壞為主，用PCORRC方法確定臨界壓力是安全的；在裂紋尺寸比較大時(shí)，約束加強(qiáng)，塑性變形比較小，管道以斷裂破壞為主。
　　 其次，針對(duì)工程中常見的表面裂紋問題，運(yùn)用應(yīng)力三軸度理論和應(yīng)變能密度理論對(duì)近似無限大板的半橢圓表面裂紋進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果表明沿著半橢圓表面裂紋前沿線：在