含裂纹自增强厚壁圆筒残余应力研究.pdf

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1、石油机械2015年第43卷第7期CHINAPETROLEUMMACHINERY一75一．．油气田开发工程含裂纹自增强厚壁圆筒残余应力研究李宁廖建敏周思柱韩冬(1．长江大学机械结构强度与振动研究所2．长"Lv-大学工程技术学院)摘要：针对裂纹对厚壁筒自增强处理效果影响的问题，采用有限元软件分析了2种径比不同裂纹的厚壁筒自增强处理后的残余应力分布规律，并通过节点位移外推法计算了裂纹尖端处的应力强度因子。研究结果表明，不同径比时自增强压力的变化决定了含裂纹厚壁筒在裂纹尖端残余压应力的分布，以及裂纹尖端应力强度因子的变化率；尖端前缘自由表面存在残余压应力区域，促进了裂

2、纹的闭合；随着自增强压力的增大及裂纹长度的减小，扩大了裂纹尖端沿裂纹扩展方向的残余压应力区域范围。关键词：厚壁筒；自增强；残余压应力；裂纹；径比；应力强度因子中图分类号：TU279．7+48文献标识码：Adoi：10．16082／j．cnki．issn．1001—4578．2015．07．016AStudyonResidualStressinSelf-reinforcedCrack-containingThick-wallCylinderLiNingLiaoJianminZhouSizhuHanDong(1．InstituteofStrengthandVibr

3、ationofMechanicalStructures，YangtzeUniversity；2．YangtzeUniversityCollegeofTechnology&Engineering)Abstract：ThefiniteelementsoftwareiSusedtoaddresstheissueofin~ueneeofcracksontheeffectivenessofself-reinforcingtreatmentofthick—wallcylinder．Thedistributionruleofresidualstressfollowingse

4、rf-reinforcingtreatmentofthick—wallcylinderswithcracksandof2differentdiameterratiosisanalyzed．Thestressintensityfactoratthecracktipiscalculatedusingthenodedisplacementextrapolationmethod．Theresultsshowthatthedistribu—tionofresidualcompressivestressaswellasthechangerateofthestressint

5、ensityfactoratthecracktipincrack—containingthick-wallcylindersofdifferentdiameterratiosissubjecttothevariationofself-reinforcingpressure．Theclosingofcracksispromotedinthoseareasofthetip’Sfront—edgefreesurfacewhereresidualcompressivestressispresent．Astheself-reinforcingpressureincrea

6、sesandthecracklengthdecreases，theareacoveredbyresidualcompressivestressonthecrack’Stipalongtheexpandingdirectionofthecrackisenlarged．Keywords：thick—wallcylinder；self-reinforcement；residualcompressivestress；crack；diameterratio；stressintensityfactor造和加工过程中存在表面划痕、金属夹杂、腐蚀坑0引言和锻造缺陷等问题，导致

7、内腔表面易产生裂纹，而自增强处理时施加压力远高于其正常工作压力，使在工程实践中，为了提高超高压容器的屈服承裂纹尖端产生较严重的应力集中，改变残余应力载能力，一是在材料屈服范围内加大壁厚，二是对分布。容器内腔进行自增强处理，即对内腔加压，使内层对于无裂纹或无结构不连续处厚壁筒而言，自发生塑性变形，产生残余应力。由于实际构件在制增强处理使内壁面产生较大沿径向分布均匀的压缩基金项目：国家自然科学基金项目“超高压压裂泵自增强残余应力变化规律研究”(51374041)；“十二五”国家油气重大专项“泵头体自增强技术研究”(2011ZX05048—07HZ)。石油机械201

8、5年第43卷第7期残余应力，在与工作内