随着科技的进步与发展,各种科学产品为我们的生活带来了便利的同时,也为我们带来一定的威胁。压力容器的疲劳破坏无疑是较为严重的威胁之一,故研究疲劳破坏具有十分重要的意义。经典的压力容器疲劳裂纹扩展分析方法,通过估算裂纹尖端应力强度因子,根据Paris公式计算裂纹的疲劳扩展长度或寿命。而有限元的发展不仅可以更精确地计算出疲劳裂纹扩展的寿命,还可以确定裂纹扩展方向。传统有限元方法随着疲劳裂纹的扩展常需要不断调整网格模型,从而使得计算量大大增加。而扩展有限单元法(XFEM)模拟疲劳裂纹扩展时,可以使得裂纹贯穿网格单元,在疲劳裂纹扩展的过程中,不需要根据裂纹的变化而调整网格。但是,目前的商业有限元软件在应用XFEM进行模拟疲劳裂纹扩展时,仍存在一些问题。对此,本文针对ABAQUS的XFEM在压力容器疲劳裂纹扩展分析应用中的问题进行了分析,主要研究内容及结论有:(1)对二维疲劳裂纹的扩展速率及方向进行了研究,开展了网格尺寸、材料参数、载荷等因素对扩展速率及方向的敏感性分析。分析结果表明,裂纹在单元内视为匀速扩展,且在计算贯穿网格所需的循环加载次数时向上圆整,导致现有的XFEM在疲劳裂纹扩展分析时具有较高的网格敏感性。对此,基于裂纹扩展速率提出了一种单元尺寸设定方法,提高裂纹扩展模拟精度。(2)采用所提出的单元尺寸设定方法,模拟了多轴拉伸试样的分步加载实验,对比分析了XFEM与实验所得的裂纹扩展速率和裂纹扩展方向。结果表明,XFEM能够较好地模拟出疲劳裂纹的扩展量。(3)采用所提出的单元尺寸设定方法,分析了8种不同初始缺陷尺寸的压力容器疲劳裂纹扩展的形貌变化,并与GB/T 19624-2004中含缺陷压力容器的疲劳分析方法进行比较。结果表明,采用调整网格方法,能够较好地模拟出疲劳裂纹扩展前期的裂纹的尺寸以及全过程的裂纹形貌,并揭示了不同缺陷尺寸疲劳裂纹前沿形貌变化的规律。