焊制異徑三通肩部軸向穿透裂紋彈塑性有限元分析.pdf

1、隨著斷裂力學(xué)理論的不斷成熟以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，斷裂力學(xué)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，應(yīng)用斷裂力學(xué)理論對(duì)在役壓力管道進(jìn)行安全評(píng)定具有十分重要的意義，但是對(duì)于一些含裂紋缺陷結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)定仍然缺乏可以直接利用的斷裂參數(shù)值。本文以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，采用有限元分析方法，借助ANSYS有限元分析軟件，對(duì)焊制異徑三通進(jìn)行了研究。包括： (1)建立了無缺陷焊制異徑三通的有限元模型并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。結(jié)果表明：內(nèi)壓作用以及內(nèi)壓彎矩聯(lián)合作用

2、時(shí)，三通的肩部和腹部均存在較大的應(yīng)力集中，是三通的危險(xiǎn)部位，這兩處容易出現(xiàn)裂紋。 (2)確定了肩部含軸向穿透裂紋焊制異徑三通有限元模型的建立方法。選擇單元SOLID95和單元SOLID45建立了含中心穿透裂紋平板和含軸向穿透裂紋直管的有限元模型，計(jì)算了不同尺寸的KI值，并將計(jì)算得到的KI值與Kumar提供的平板KI解以及EPRI提供直管KI解比較，發(fā)現(xiàn)計(jì)算值的誤差在工程允許范圍之內(nèi)，證明所選擇的單元和所使用的建模方法是正確的。

3、 (3)研究了不同支管管徑、不同管長(zhǎng)尺寸的影響，選擇了三通實(shí)體模型；研究了管軸向、管環(huán)向、管壁的單元分布的影響，建立了三通有限元模型，最終的有限元模型既能滿足精度要求又能節(jié)省計(jì)算時(shí)間。 (4)計(jì)算了內(nèi)壓載荷，彎矩載荷下各幾何尺寸和裂紋尺寸三通的應(yīng)力強(qiáng)度因子KI，進(jìn)一步換算成形狀因子F并擬合成公式。 (5)給出了全塑性解系數(shù)h1數(shù)據(jù)庫。通過處理ANSYS中材料非線性的定義，引入了材料冪硬化指數(shù)n。利用ANSYS提供的

4、APDL語言編寫了J積分求解程序，求解了內(nèi)壓載荷、不同載荷比的內(nèi)壓彎矩聯(lián)合載荷下，不同裂紋尺寸、不同壁厚三通的J積分值，并根據(jù)EPRI工程方法處理得到全塑性解系數(shù)h1。 (6)繪制了失效評(píng)定曲線并與GB/T19624-2004二級(jí)評(píng)定曲線相比較。根據(jù)計(jì)算的F值和h1值，利用CEGB新R6選擇3曲線方程結(jié)合EPRI工程方法作出了失效評(píng)定曲線并與GB/T19624-2004二級(jí)評(píng)定曲線作了比較分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形狀特性直接影響了塑性區(qū)修