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以弹塑性断裂力学的J积分理论为基础,综合考虑裂纹的J积分弹性解和全塑性解,分析了含裂纹延性管道的弹塑性断裂问题,通过对含内表面半椭圆轴向裂纹管道的J积分弹性解和全塑性解的分析并进行迭加,得出在载荷作用下反映管道内表面半椭圆裂纹扩展能力的J积分表达式,现场断裂管道的验证分析表明,计算结果与现场事故数据基本吻合,根据相关文献,计算出轮库输油管道母材和焊缝材料的管材系数,并以试验得出的轮库输油管道的断裂韧性JIC值为依据,在上述J积分表达式的基础上,计算了含有内表面半椭圆轴向3裂纹的轮库输油管道母材和焊缝材料的临界失稳压力,为该管道在设计工况下安全运行提供了理论依据。 相似文献
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通过Ｊ积分的弹塑性解,计算了含轴向裂纹管道在内压作用下的撕裂模量,叙述了撕裂模量相对于Ｊ积分的裂纹扩展稳定性评定图的绘制方法,并结合实例,分析了受压管道轴向裂纹稳定扩展的载荷范围,预测了裂纹失稳扩展时的临界压力。 相似文献
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裂纹管道失效评定中的有限元方法 总被引：3，自引：0，他引：3
J积分的精确计算是含缺陷结构安全评定的基础。对管道上的表面裂纹采用线弹簧单元，建立了黎明纹管道J积分计算的有限元模型，给出了J积分的计算实例，其于J积分理论，利用这种有限元模型得到了裂纹管道的精确换效评定曲线，根据计算结果，讨论了影响失效评定曲线的各种因素。分析表明，裂纹尺寸和管材材料性能参数等都对失效评定曲线产生影响，用单一的失效评定曲线进行评定会出现精度较差的问题，因此，采用提出的有限单元方法对裂纹管道的失效进行精确评定具有重要意义。 相似文献
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在管道的制造、安装和运行期间,不可避免地会产生类似于裂纹的缺陷,轴向理解纹是最常见的裂纹。确定含轴中裂纹管道在各种应力状态下的应力强度因子和Ｊ积分,是评价管道完整性和使用寿命的重要组成部分。根据Ｋａｒｌｓｏｎ和Ｂａｃｋｌｕｎｄ推导的考虑裂纹承载的修正Ｊ积分的表达式,结合帕里斯公式和权函数方法,论述了管道轴向理解纹面在内压作用下的Ｊ积分计算方法,并与其它计算方法进行了比较。 相似文献
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油气管道裂纹评价方法 总被引：2，自引：0，他引：2
油气管道裂纹评价的理论基础是断裂力学。在线弹性断裂力学中,应力强度因子(SIF)是判断油气管道裂纹是否将进入失稳扩展状态的重要指标。油气管道为金属材料,发生严格线弹性断裂的可能性不大,但只要塑性区尺寸远小于裂纹尺寸,经过适当修正,应用线弹性理论分析产生的误差可以接受。当塑性区尺寸与裂纹尺寸处于同一量级时,需要应用弹塑性理论,包括裂尖张开位移(COD)判据和J积分。可以采用应力强度因子、失效评价图及有限元方法评价油气管道裂纹的状态,有限元方法能够在一定程度上弥补其它2种方法在适用性方面存在的不足,但同时存在建模和计算效率较低,难以进行预防性评估的缺点。 相似文献
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《油气储运》2020,(7)
为了研究埋地管道在不同形式断层作用下的受力性能,自制了土箱试验装置,借此装置模拟断层的错动,测量得到埋地管道在断层错动作用下的应变分布和整体变形特点,分析了管道轴向应变和竖向位移随断层错动量变化的特征,探究了断层错动量、管道埋深、管径、断层倾角等参数对埋地管道力学性能的影响规律,采用FEM有限元方法进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比。结果表明:在该试验的参数范围内,随着断层错动量和管道埋深的增加,管道轴向应变增大;管径较大的管道,抵抗变形的能力较强;当断层倾角小于90°时,管道轴向峰值拉应变大于峰值压应变,此时管道以受拉为主;当断层倾角大于90°时,管道轴向峰值拉应变小于峰值压应变,此时管道以受压为主;对于走滑断层,管道轴向应变近似呈中心对称分布,两侧变形趋于一致。逆断层对于管道应变的影响最大,正断层其次,走滑断层对于管道应变的影响最小。(图17,表3,参21) 相似文献
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压力容器在制造过程、疲劳与复杂应力状态下会产生裂纹,这些裂纹的存在将影响到容器的安全使用,有必要对容器内外壁同时存在轴向双内外裂纹相互作用对应力强度因子的影响进行深入研究。利用ANSYS、FRANC 3D有限元软件建立含内外壁轴向裂纹的柱形压力容器模型,分析不同裂纹深长比的内外裂纹在静、动态下的相互作用对应力强度因子的影响,拟合得到不同裂纹深长比下名义应力强度因子的变化曲线,发现裂纹相互作用对深长比小的初始裂纹的扩展有促进作用,而对深长比大的初始裂纹的扩展则有抑制作用。研究结果对于不同深长比多裂纹相互作用下的裂纹扩展机理及多裂纹断裂失效评定问题的研究具有借鉴作用。 相似文献
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《油气储运》2019,(12)
为了确保含环向表面裂纹埋地管道的安全,需要准确获取埋地管道所能承受的最大沉降量。在设计压力下,采用全尺寸管道的四点弯沉降模拟试验,获得含环向表面裂纹管道的极限承载弯矩。建立沉降模拟试验的有限元模型,以断裂韧度为失效指标,计算模拟含环向表面裂纹管道的极限承载弯矩。通过模拟试验验证有限元模型的有效性,改变管道模型的裂纹深度可以得到一系列含不同深度环向表面裂纹管道的极限承载弯矩。同时,采用ANSYS软件建立场地不均匀沉降时的管土模型,分析管道埋深对沉降管道承载弯矩的影响。分析含不同深度环向表面裂纹管道的极限沉降量可知,当管道埋深不变时,管道发生失效的极限沉降量与裂纹深度呈近似线性负相关;当管道裂纹深度不变时,管道的极限沉降量与埋深呈非线性负相关。(图8,表1,参22) 相似文献
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针对油气输送管道内表面两裂纹相互影响的情况,运用有限元方法,模拟分析了X80钢制管道内三维表面裂纹尺寸、裂纹间距对裂纹应力强度因子的影响规律。研究结果表明:两裂纹(分别为固定裂纹与可变裂纹)的间距越大,两裂纹相互作用越小,当间距达到或超过一定值时,对应力强度因子几乎不产生影响,仅需考虑主要裂纹对管道寿命的影响;可变裂纹的相对壁厚比越小或形状比越大,两裂纹相互作用越小,当相对壁厚比小于0.2或形状比大于0.8时,可以忽略其对应力强度因子的影响,且形状比对最大应力的影响远远小于壁厚比与裂纹间距对最大应力的影响。 相似文献
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CNG储气瓶面临潜在的物理爆炸风险,为研究其物理爆炸时裂纹动态扩展特性,基于热黏塑性本构模型、J-C失效准则及罚函数接触算法,构建了CNG储气瓶物理爆炸裂纹动态扩展流固耦合数值分析模型,研究了储气瓶裂纹扩展特征和内部高压天然气泄放规律。结果表明:储气瓶物理爆炸时裂纹倾向于沿轴向扩展,速度高达200~300 m/s,且呈现渐进式扩展的特征,但并无某一主导频率;高压天然气快速泄放产生的反作用力会导致储气瓶发生轴向弯曲变形;裂纹扩展结束时储气瓶两端仍具有较高内压,储气瓶裂纹扩展能量仅由部分气体压缩能提供。研究结果对储气瓶物理爆炸事故分析与反演具有积极意义。 相似文献
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管道的断裂损坏常常始于微裂纹,研究微裂纹的形成原因、分布情况、扩展规律、扩展速率和影响因素等对于管道的寿命预测有重要的参考价值。基于损伤力学原理分析了管道应力腐蚀损伤演化模型,根据微裂纹扩张的位能和动能计算式以及能量守恒原理,推导得出氢致微裂纹扩展速率与管道剩余寿命的关系:微裂纹扩展速率与氢压有关,随着氢压的增大而增大。结合实例计算了管输介质H2S和CO2含量对管道剩余寿命的影响规律,结果表明:当管道中同时存在CO2和H2S时,管道腐蚀加剧;当输送压力和其他参数不变时,随着H2S和CO2含量增加,管道剩余寿命逐渐减小。 相似文献
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管道适合长距离、大输量的运输，是碳捕集、封存与利用(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)技术中连接碳源和碳汇的关键环节。但由于CO2特殊的减压特性，CO2长输管道在运行过程中发生泄漏后极易产生管材持续性裂纹扩展。为此，从试验、理论研究及数值模拟3个方面综述了国内外对CO2泄漏减压特性与裂纹扩展方面的研究现状，归纳总结不同状态方程、杂质因素、理论模型对泄漏减压特性的适应性，以及不同规模、初始条件与相态、杂质含量、泄漏方式下泄漏减压的试验成果。进而分析了不同相态、初始条件、管材、杂质含量及种类等因素对裂纹扩展的影响，并对比分析不同的CO2管道裂纹扩展理论模型及其适用范围，以及裂纹扩展与流固耦合数值模拟方法。最后对未来亟需进一步开展研究的内容进行展望，以期为中国CO2管道泄漏与裂纹扩展研究提供借鉴，从而促进并提升CCUS安全保障技术水平。(图2，表2，参65) 相似文献
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应用AE和DIC原位监测含横纹裂纹木构件的裂纹演化规律试验研究 总被引：2，自引：1，他引：1
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薄壁管道表面裂纹的应力强度因子计算 总被引：1，自引：0，他引：1
在已进行过的关于管道表面裂纹的应力强度因子计算工作中，都只局际于化工或核工业使用的厚壁管道，对于输送油气的薄壁管道其表面裂纹庆力强度因子尚未见到有关文献报道，用有限单元法计算了超薄壁管道中一些轴向和环向表面裂纹尖端的应力强度因子，给出了近似计算公式，并对结果进行了分析讨论，对于轴向裂纹与外面裂纹的应力强度因子基本相同，内表面裂纹的略大一点，两条裂纹的应力强度因子比单条裂纹的略大一点。 相似文献
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【目的】随着中国城镇化建设的不断推进,重型车辆通过埋地管道上方的情况日益增多,探究重型车辆碾压下埋地管道力学响应规律对保障油气管道安全运行具有重要意义。【方法】以埋地X70管道为研究对象,设计并开展车辆碾压管道室外实验,采用应变电测法获取管道响应数据,总结管道土压力和轴向应力的响应规律;使用ABAQUS软件建立土体-管道有限元仿真模型,采用非线性接触模型模拟管土相互作用,将车辆荷载简化为移动面源恒载,编写DLOAD子程序实现加载,按照实验工况进行仿真。【结果】所得管道附加轴向应力的仿真值与实验值偏差小,且土压力、轴向应力分布规律与试验结果相同,验证了管道土压力、轴向应力的响应规律;基于验证后的有限元模型,采用单一变量法,通过仿真探讨了车辆载重、车辆速度、管道直径、管道壁厚、填土高度与管道内压6种参数对管道轴向应力的影响规律。【结论】两侧履带正下方截面处管顶土压力和轴向应力均大于中心截面处,管底轴向应力小于中心截面处。增大管道直径、管道壁厚或填土高度均可减小车辆碾压引起的管道附加轴向应力,但改变车辆速度与管道内压对管道附加轴向应力无显著影响。研究所得埋地管道力学响应规律可为重型车辆碾压下... 相似文献
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管道裂纹的随机有限元可靠性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
根据管道的穿透性裂纹与非穿透性裂纹起裂准则,考虑管道的材料参数,几何参数以及温度载荷参数,建立了管道的二次三阶矩几何非线性随机有限元方程,对其表面裂纹这一随机机械损伤进行了可靠度计算,并与Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ有限元方法进行了比较。 相似文献
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研究了管道裂纹尖端过程区氢浓度与裂尖应力、应变场、氢扩散及管道内压力的关系,确定了氢致裂纹过程区的长度;依据微裂纹成核的开裂机理,提出了氢致开裂断裂判据的位错模型,并分析材料-环境体系的影响,在此基础上研究了含裂纹管道极限承压能力和临界J积分JISCC,对含平面型裂纹管道的安全运行具有重要意义. 相似文献