弯矩作用下弯管内壁环向裂纹应力强度因子分析.pdf

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1、弯矩作用下弯管内壁环向裂纹应力强度因子分析喻健良。闻拓，闰兴清(1．大连理工大学化工机械学院，辽宁大连116024；2．中国天辰工程有限公司，天津300400)摘要：应力强度因子是缺陷结构安全评定的必需参数。利用有限元分析软件ANSYS自顶向下方法建立了弯管内壁环向裂纹模型，并对弯矩作用下的K进行分析。结果表明：无论张开弯矩还是闭合弯矩，K。随裂纹半角、纵向裂纹角0及裂纹深度与壁厚之比a／t的变化趋势均相同，但变化梯度不同。对张开弯矩，随环向裂纹角0：的变化存在120。和240。两个波峰位置；对闭合弯矩，I随环向裂纹角的变化存在60。，180。和300。三个波峰位置，

2、并非所有承受弯矩作用的含内壁环向裂纹弯管均危险。关键词：有限元分析；应力强度因子；弯管；环向裂纹中图分类号：TH123；0346．1；TG113．25文献标识码：A文章编号：1001—4837(2013)02—0048—06doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．02．008AnalysistoStressIntensityFactorsofBend、thCircularCrackatInnerWallunderBendingMomentYUJian—liang，WENTuo，YANXing—qing(1．SchoolofChemicalM

3、achinery，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；2．ChinaTianehenEngineeringCorporation，Tianjin300400，China)Abstract：Stressintensityfactors(SIFs)arerequisiteparametersinsafetyassessmentofdefectivestruc—tures．ByusingthefiniteelementsoftwareANSYS，themodelofcircularcrackininnerwallo

4、fbendwasestablishedwiththetop-downmethod．ThevaluesofSIFsunderbendingmomentwereanalyzed．ResultsshowthatthevariationtendencyoftheSIFswithcrackhalfhorn0，longitudinalcrackangle01anda／tissimilar，unrelatedtothemomentstyleofopenbendingorclosedbending．However，theratesofchangesaredifferent．Forop

5、enbendingmoment，theSIFshavetwopeaksalongwiththevarietyofringcrackangle02，correspondingto120。and240。．Astoclosedbendingmoment，theSIFshasthreepeaksin60。，180。and300。withthechangeofringcrackangle02．Notallbendswithinnercircularcrackisdangerousan-derbendingmoment．Keywords：finiteelementanalysis

6、；thestressintensityfactors；bend；circularcrack半的输运管道正趋于老化引。弯管作为改变介0引言质流向的常用管件，由于制造及工作环境等因素容易产生裂纹，尤其是因介质冲刷引起的内壁面管道是输送天然气的主要工具，但目前约一环向裂纹。弯矩是管道承受较多的一种载荷类·48·第30卷第2期压力容器总第243期型，因此研究弯矩作用下弯管内壁环向裂纹的断矩。裂参数对缺陷结构安全评定有重要意义J。根据评定标准J，含裂纹结构的应力强度因子K是必需的参数0。一些简单裂纹形式的K。值已经通过理论或试验确定』。对于较为复杂的裂纹，由于试验开展不便，常借

7、助数值方法如有限元法-1o]、有限差分法、边界元法-12]等解决。在这些方法中，由于有限元法简单、精确，已被证实是计算带裂纹结构应力强度因子的有效方法。目前，国内外对弯矩作用下弯管内壁环向裂纹K的研究较少，纵向裂纹角0及环向裂纹角图1弯管内壁环向裂纹几何模型：对KI的影响还未见文献报道。文中利用有限元软件ANSYS对承受弯矩作用的弯管内壁环向1．2有限元模型有限元模型构建步骤如图2所示。采用自顶裂纹K1进行计算，重点研究裂纹几何特性对I的影响规律。向下建模方法：首先建立无缺陷弯管模型，在弯头曲率中心处构建局部柱坐标系，并依此分割出距1弯管内壁环向裂纹