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斜接弯管环向内表面裂纹弹塑性有限元分析

李焕鸣  
【摘要】: 随着断裂力学理论的不断成熟以及计算机技术的飞速发展,断裂力学在工程实际中得到了广泛的应用。目前,应用断裂力学理论对在役压力管道进行安全评定,具有十分重要的实际意义,但是,对于一些特殊的含有裂纹缺陷的结构进行安全评定仍然缺乏可以直接利用的断裂参数结果,给工程人员在实际评定工作中造成不便。本文应用大型通用有限元软件ANSYS,建立含内表面环向裂纹斜接弯管模型,对其进行弹塑性有限元分析求解,计算得到线弹性的应力强度因子K_1,弹塑性下的J积分值,进而换算出形状因子F和全塑性解系数h_1。本文主要做了以下几方面的工作: 1.列举国内外常用的含缺陷压力管道评定技术,分析研究现阶段断裂力学在含裂纹缺陷结构中的研究方法和进展,为进一步的分析提供理论依据。 2.研究ANSYS中含裂纹结构模型建立方法,验证本文所要采用的单元、建模方法及计算结果的正确性以沿轴向内表面裂纹斜接弯管的几何、材料、载荷等特性为参数,利用ANSYS提供的参数化编程语言(APDL)编写了模型生成、加载和后处理宏程序,并在裂纹区排布引入子模型概念,为复杂空间裂纹的研究提供了新的思路。 3.利用ANSYS后处理器(/POST1)中提供的计算应力强度因子模块,分别在单纯内压、弯矩载荷作用下,计算出了线弹性条件下的应力强度因子K_1值,并将其换算成形状因子F。 4.处理了ANSYS中材料非线性的定义,引入材料幂硬化指数n,利用APDL编写了J积分求解程序,对本文所述裂纹进行弹塑性有限元分析。根据EPRI中对于全塑性J积分处理方法,确定了本文全塑性分析的计算方法。 5.在按不同比例构成的内压、弯矩载荷作用下,计算含轴向内表面裂纹弯管全塑性J_p积分值和全塑性解系数h_1,并整理编制了全塑性解系数h_1表格。


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