基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

基于裂纹失效路径的压力容器剩余寿命预测新方法

裂纹的扩展行为研究是压力容器剩余寿命预测的关键与基础。针对目前难以准确预测压力容器表面裂纹剩余寿命的状况,通过建立压力容器表面裂纹的受力模型,利用有限元方法分别计算出裂纹表面点与最深点处的应力强度因子,得到裂纹深度a与长度c的变化之比,运用压力容器仿真系统进行路径仿真与失效速率仿真,得到裂纹在安全区域的临界拐点及临界值aN。实例计算结果表明,表面裂纹的失效路径能够直观准确的表示裂纹的扩展规律,进行有效的剩余寿命预测。     

压力容器疲劳加载下埋藏裂纹扩展规律的研究

针对压力容器埋藏裂纹扩展过程中其几何形状变化难以确定的问题,运用Newman和Raju方法获得裂纹前沿的应力强度因子,并结合Paris公式得到不同裂纹的深度与长度变化的关系式.同时,通过将椭圆形裂纹前沿离散化成为距离相等的多个点,并使用Simpson求积法,获得不同材料压力容器埋藏裂纹在循环载荷作用下埋藏裂纹的几何形状变化关系.结果表明：在拉力作用下,埋藏裂纹的疲劳扩展总是趋向于最优扩展路径的方向扩展.初始裂纹深长比和指数m越大,则收敛于最优扩展路径的速度越快,即形成近似于圆形的趋势更快.     

基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型

为了描述机械结构强度退化在整个寿命周期中的变化规律,本模型引用裂纹扩展理论,计算出不同载荷作用次数下临界裂纹值和结构裂纹扩展速率,根据临界裂纹值和结构剩余强度之间的关系模型,从而得到剩余强度随载荷作用次数的变化数据,由此建立基于裂纹扩展理论的结构强度退化模型.实例分析表明:利用裂纹扩展理论反求结构强度退化模型可以从材料微观方面分析零件结构强度退化量的动态变化规律,进而为零件结构的可靠性分析提供理论依据.     

海洋平台原油储罐多缺陷影响安全分析

对含多个缺陷的海洋方形一体化原油储罐进行应力强度因子随参数变化的分析,考虑平台复杂载荷的影响,裂纹不同尺寸的变化和多裂纹间不同的结合规划方法.采用ANSYS有限元软件的热力耦合模块,对裂纹受力情况进行模拟.参考GB/T 19624《在用含缺陷压力容器》中相关计算方法,基于评价结果得出裂纹缺陷扩展规律,提出在安全评价中多裂纹结合方法的建议.结果生产实际相符,证明利用有限元软件对含多缺陷的海洋平台方形一体化原油储罐进行分析是可行的.     

压力容器表面裂纹应力强度因子的数值计算

压力容器失效常常是由于裂纹失稳扩展导致,断裂力学正是研究裂纹产生及其扩展规律的科学,在线弹性断裂力学中,应力强度因子又对裂纹是否会失稳扩展具有重要意义.因此,通过有限元软件ABAQUS建立表面半椭圆裂纹体几何模型、划分有限元网格,利用围线积分法计算得到裂纹端部区域的应力强度因子值.通过计算结果与经验公式计算结果比较,说明了有限元软件ABAQUS在计算表面半椭圆裂纹应力强度因子具有较高的精度与可靠性,从而为计算复杂构件上不规则裂纹应力强度因子提供了思路.     

压力容器低周疲劳裂纹扩展率的工程计算方法

针对工程上常见的破坏性极大的压力容器的疲劳问题 ,提出了一个适合于压力容器的弹塑性疲劳裂纹扩展率计算公式 .该公式采用弹塑性分离的形式 ,主要适用于Paris区和高速扩展区的一部分 .通过公式的验证 ,说明该公式的合理性 ,并给出了便于应用的工程计算方法 .     

三维能量释放率虚拟裂纹扩展算法及工程应用

构造了三维条件下虚拟裂纹扩展（ＶＣＥ）算法公式及计算程序。结合ＡＤＩＮＡ非线性有限元程序，对压力容器带轴向、环向裂纹及带接管压力容器相贯区有贯穿裂纹时的能量释放率（Ｇ）进行了计算分析，结果表明，对于压力容器结构，ＶＣＥ算法是一种有效、精确的计算断裂参量Ｇ的方法，为应用弹塑性断裂理论评定复杂压力容器结构的安全可靠性奠定基础。     

剪切型Beam Lattice模型及其在岩石翼裂纹扩展和贯通模拟中的应用

采用考虑剪切效应和Mohr-Coulomb失效准则的剪切型Beam Lattice(SBL)模型来模拟翼裂纹扩展和贯通过程中出现的次生裂纹.该模型采用随机多边形网格来反映材料的非均质性,在结果分析中应用裂纹扩展路径来区分张拉型和剪切型裂纹扩展.利用SBL模型对不同间距的初始裂纹进行模拟,并将模拟结果和实验观测结果进行比对.结果表明,SBL模型可以较为准确地模拟不同模式下的裂纹扩展和贯通路径.翼裂纹的扩展和贯通呈现阶段性,首先出现张拉型裂纹,当裂纹间距为10 mm时出现清晰的贯通裂纹,最后出现剪切型裂纹.裂纹的扩展进程在加载前中期保持稳定,而在加载末期时明显加快,出现不稳定扩展的现象.SBL模型中考虑更多的剪切效应会得到更多的剪切型裂纹.     

表面裂纹疲劳扩展的一种损伤力学方法

以核反应堆中压力容器和管道的破前漏（ＬＢＢ）分析为背景，从连续损伤力学的角度研究了压力容器和管道中环向和轴向半椭圆表面裂纹在循环载荷作用下的疲劳扩展问题。以标量损伤因子表征材料的疲劳损伤，由裂纹尖端的损伤演化导出了与Ｐａｒｉｓ公式形式相似的裂纹扩展方程，给出了Ｐａｒｉｓ公式的物理意义。由此发展了一种分析表面裂纹疲劳扩展过程中形状演化问题的损伤力学方法。     

基于相互作用积分方法的裂纹扩展分析

使用传统有限元方法对裂纹扩展问题进行分析时,裂尖奇异性是首先必须要面对的问题,其次裂纹扩展的方向、长度与模型的网格密切相关.本文通过建立一个不完全依赖于网格的模型来分析裂纹扩展问题,利用相互作用积分方法来求解裂尖参数,积分方法可以一定程度上消除奇异性影响,从而避免了裂纹尖端的奇异性对网格划分的苛刻要求.采用相互作用积分法则求解裂纹尖端的应力强度因子,由最大周向拉应力理论来判断裂纹的扩展方向.模拟裂纹扩展的过程中,只对涉及扩展区域的网格进行重新剖分来获得最终的扩展路径以保证计算的精度.最后通过I型裂纹扩展、带孔板裂纹扩展及受压裂纹扩展等几个典型算例与参考文献进行对比,证实了本文方法具有良好的可靠性,并展示了在多种破坏模式下方法的适用性.     

用权函数法建立疲劳裂纹扩展的估算模型

本文应用权函数法定量地描述了疲劳裂纹在焊接残余应力场中的扩展特性,提出了利用已知的母材疲劳裂纹扩展速率来预测焊接件疲劳裂纹扩展速率的关系式.     

22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体断裂预测

采用ABAQUS有限元分析软件对核压力容器用22NiMoCr3-7钢椭圆裂纹体进行弹塑性数值计算,用J-A2双参数描述韧-脆转变温度区椭圆裂纹前沿的应力场,根据RKR断裂准则预测椭圆裂纹扩展的起始点和材料韧-脆转变参考温度.结果表明:载荷一定时,随着温度的上升,J积分和约束参数A2也相应提高,温度对J积分的影响比对约束参数A2的影响要大;浅椭圆裂纹的最大J积分值出现在最深点处,而半圆裂纹则出现在表面点附近;根据RKR准则和J-A2三项解建立断裂预测公式,可以将标准三点弯曲试样的断裂韧性测试数据转移应用到带表面裂纹构件的断裂评估,为解决工程实际问题提供一种实用方法.     

含双空孔缺陷试件三点弯曲冲击试验

为了研究双孔缺陷对运动裂纹的作用机制,采用数字激光动态焦散线系统对含双空孔缺陷的有机玻璃板三点弯曲梁进行冲击断裂实验,分析研究了双空孔缺陷下裂纹扩展的路径、尖端动态强度因子、扩展速度以及焦散斑的变化规律。结果表明：空孔缺陷会吸引周围运动的裂纹,导致裂纹运动轨迹发生变化;含双空孔缺陷试件起裂难度显著增加,起裂的临界应力强度因子增加了24.29%;运动裂纹在接近双空孔缺陷时,双空孔缺陷对裂纹的扩展有明显的抑制作用,裂纹通过双空孔缺陷中心后,双空孔缺陷对裂纹的扩展有促进作用。     

三孔定向爆破作用下的空孔效应实验研究

为得到三孔定向爆破作用下空孔对爆生主裂纹扩展过程的影响规律,采用动态焦散线法进行实验,研究了不含空孔和含空孔情况下爆生裂纹的动态应力强度因子、扩展轨迹及扩展速度的变化规律。研究结果表明:空孔对爆生裂纹扩展轨迹的导向作用十分明显。无空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较大;有空孔时,爆生裂纹的扩展速度震荡幅度较小。无空孔时,三条爆生裂纹在相互贯通之前,裂尖的动态应力强度因子会突然增大,然后迅速下降;有空孔时,爆生裂纹与空孔贯通前,其动态应力强度因子则稳定在一定范围内震荡。     

疲劳拉伸载荷作用下的表面裂纹扩展分析

贮箱在长时间工作状态下会衍生出很多疲劳裂纹,这些裂纹的存在不仅影响容器的结构强度与使用寿命,还威胁到工作人员的人身安全,因此开展贮箱材料疲劳裂纹的动态扩展以及寿命机理的分析研究。本文通过Franc3D裂纹分析软件,预制不同长深比的半椭圆裂纹试样,研究裂纹动态应力强度因子在疲劳拉伸载荷作用下的变化规律,同时开展裂纹扩展路径、速率和寿命的探究。结果表明,不同长深比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端动态应力强度因子分布规律基本一致,且近表面处强度因子数值大小最高,仿真结果的裂纹形貌仍为半椭圆形;裂纹刚开始扩展时扩展速率近乎相等,随着载荷循环次数的增加,扩展距离呈指数型增长,近表面处的扩展速率最高,长深比c/a小于等于1的裂纹在近表面的扩展速率基本相同。     

沥青混合料黏弹性裂纹扩展

采用Schapery提出的局部衰坏区模型,推导了沥青混合料宏观裂缝稳定扩展阶段开裂速率的简单力学表达式.首先利用裂纹扩展3个基本方程控制裂缝在沥青混合料中的扩展行为,再采用修正Burgers力学模型来准确模拟沥青混合料黏弹性能,通过对黏弹性张开位移和断裂能判据的合理简化,推导出了沥青混合料宏观裂纹稳定扩展的瞬时开裂速率与应力强度因子的关系.然后利用推导出的裂纹扩展速率公式预测了沥青砂浆板拉伸开裂速率,并与试验结果对比.结果显示:理论预测的沥青砂浆开裂速率与试验实测值在裂缝稳定扩展阶段吻合较好;沥青混合料的断裂行为具有时间相关性,其开裂速率随裂缝长度的增加或者应力水平的提高而增大.