论文部分内容阅读
一直以来,含缺陷压力管道的安全评定工作都是被关注的重点。随着断裂力学的不断发展,其在缺陷结构安全评定中的应用也越来越广泛。通过有限元方法获取缺陷结构的断裂参量继而开展缺陷结构安全评定工作已成为普遍采用的方法。目前,许多学者已通过理论或模拟方法对简单结构的断裂参量进行了大量研究,并总结出了相关规律；对于结构相对复杂的裂纹形式,比如弯管、三通等结构上的裂纹形式,无论是理论解还是模拟解,相关研究工作都还未深入开展。因此,本文应用有限元模拟软件ANSYS,建立了弯管结构的多种常见裂纹有限元模型,获取了相应裂纹的线弹性断裂参量——应力强度因子K1和塑性参量——极限载荷,分析了影响这两个参量的因素。最后基于Visual Basic技术,建立了含缺陷管道安全评定专家系统。本文主要内容及结论如下：(1)利用ANSYS参数化语言,建立了直管轴向半穿透长裂纹及直管轴向内壁表面裂纹等有限元模型,并将有限元模拟结果与EPRI手册给出的结果进行对比。结果表明有限元法得到的应力强度因子和极限载荷与文献结果是吻合的。(2)探索出自顶向下创建裂纹的简便方法(实体法),解决了自底向上建模带来的空间构型及网格搭接困难,并将新方法与传统方法对比,验证了新方法的正确性。(3)计算了受内压及弯矩作用下,含内壁环向半穿透裂纹弯管、含外壁环向半穿透裂纹弯管与含环向穿透裂纹弯管的应力强度因子与极限载荷。并给出典型结构在内压P、弯矩M、外径与壁厚之比D0/t、裂纹深度与壁厚之比a/t、弯管曲率半径与外径之比R/D0、裂纹半角θ、纵向裂纹角θ1、环向裂纹角θ2影响下的拟合公式。(4)计算了受内压及弯矩作用下,含轴向穿透裂纹弯管的应力强度因子和极限载荷。并给出典型结构在P、Do/t、R/Do、θ、θ1及θ2影响下的拟合公式。(5)基于Visual Basic和数据库技术,将EPRI手册软件化,实现了对断裂参量的直接理论计算；对EPRI不包含的裂纹形式,采用有限元软件ANSYS二次开发技术,实现断裂参量的有限元模拟计算；最后依据GB/T19624-2004,建立了缺陷管道安全评定专家系统。