X100管線鋼二維和三維裂紋的彈塑性約束失效分析.pdf

1、隨著我國工業(yè)化的飛速發(fā)展，對石油天然氣等能源輸送能力的要求越來越高，而隨著西氣東輸和南水北調(diào)等工程的進展，大口徑高壓管道得到越來越廣泛的應用。管道常因各種制造缺陷和焊接瑕疵而存在各種微裂紋，在使用過程中這些微裂紋會進一步擴展成為宏觀裂紋，因此，對存在裂紋的構(gòu)件進行強度分析就尤為重要。
　　 對存在缺陷的X100管道進行安全性評定、壽命評估和失效概率計算時，斷裂韌度是一個關(guān)鍵的參數(shù)。但試樣幾何構(gòu)形、加載方式及裂紋尺寸不同，會在裂紋

2、端部產(chǎn)生不同的約束效應，從而導致材料斷裂韌度和JR阻力曲線具有幾何相關(guān)性，因此必須認真考慮約束效應的影響，才能準確地對失效進行預測。
　　 首先，運用彈塑性斷裂理論并結(jié)合有限元數(shù)值分析，定量研究了帶軸向直裂紋X100管線鋼的斷裂行為。在J-Q雙參數(shù)理論的基礎上，考慮塑性效應的影響，引入一個新參數(shù)βQ，建立了J-βQ雙參數(shù)斷裂準則。結(jié)合實驗結(jié)果，得到X100鋼的斷裂失效曲線，并對帶軸向內(nèi)、外裂紋管道的臨界壓力值進行預測。結(jié)果表明，

3、管道外裂紋的約束比管道內(nèi)裂紋高，但裂紋較淺(a/t≤0.2)時相反；在裂紋尺寸比較小時(a/t≤0.40)，裂紋尖端場所受約束較弱，塑性變形比較大，管道以屈服破壞為主，用PCORRC方法確定臨界壓力是安全的；在裂紋尺寸比較大時，約束加強，塑性變形比較小，管道以斷裂破壞為主。
　　 其次，針對工程中常見的表面裂紋問題，運用應力三軸度理論和應變能密度理論對近似無限大板的半橢圓表面裂紋進行分析。計算結(jié)果表明沿著半橢圓表面裂紋前沿線：在