【摘要】：壓力管道廣泛應(yīng)用于化工、核能等領(lǐng)域。在壓力管道制造和使用過程中,不可避免的會產(chǎn)生缺陷。含缺陷的壓力管道在運行過程中存在著安全隱患,當缺陷擴展到一定程度時,管道會發(fā)生泄露甚至爆炸。但是在實際生產(chǎn)過程中,如果一旦在壓力管道上發(fā)現(xiàn)裂紋就更換,既不符合經(jīng)濟性也不能滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。而且根據(jù)斷裂力學中合于使用原則,含缺陷的構(gòu)件在一定條件下也能安全運行。而本文研究的是含有裂紋型缺陷壓力管道的安全性以及對裂紋的擴展狀態(tài)的監(jiān)測。本文完善了通過測量壓力管道裂紋處外表面的應(yīng)變情況監(jiān)測內(nèi)裂紋擴展狀況的方法。運用有限元方法對含內(nèi)表面斜裂紋的壓力管道進行建模,計算得到了一定范圍內(nèi),管道表面最大等效應(yīng)變與裂紋尺寸的關(guān)系式,并通過應(yīng)變測試實驗進行了對比驗證;對含裂紋壓力管道中應(yīng)力強度因子的計算是其安全評定中重要的步驟,但是對于斜裂紋國標中并未給出其計算的解析式,給工程實際中的安全評定帶來了不便。本文使用有限元方法模擬了斜裂紋尖端的奇異性,計算了不同裂紋尺寸下裂紋前沿的應(yīng)力強度因子,并換算成了裂紋形狀系數(shù)。得到了一定范圍內(nèi),裂紋形狀系數(shù)與裂紋尺寸的關(guān)系式,方便在實際運用中查閱計算。使用有限元方法計算時,首先探究了內(nèi)表面裂紋管道的建模方法,綜合考慮計算時間與計算精度,確定了合適的網(wǎng)格大小,對比現(xiàn)有標準中的算例以及應(yīng)變測試實驗的結(jié)果,驗證了裂紋模型建立的正確性,為后續(xù)的計算提供保障。然后建立了更為復(fù)雜的含內(nèi)表面斜橢圓裂紋管道有限元模型,定義了裂紋偏轉(zhuǎn)角?以及三個無量綱參數(shù),裂紋形狀比(6?(8、裂紋深度比(6?和徑厚比?來表征裂紋的尺寸。接著經(jīng)過大量的有限元計算,擬合得到一定條件下上述參數(shù)與管道表面最大等效應(yīng)變、裂紋形狀系數(shù)的關(guān)系式。建立了管道表面應(yīng)變大小與裂紋危險狀況的聯(lián)系,為含裂紋管道的安全狀態(tài)監(jiān)測提供了堅實的理論依據(jù)。
【圖文】：

國的能源“大動脈”，長輸油氣管道已達十余萬公著管道材料的老化，環(huán)境對管道的腐蝕以及誤操作的發(fā)生失效，輕則停工檢修，給人民帶來諸多不便危害著人民群眾的生命及財產(chǎn)安全[5-7]。諸如此類 年 7 月 2 日上午，位于貴州省黔西南州晴隆縣的漏引發(fā)燃燒爆炸，事故造成 8 人死亡、35 人受傷續(xù)降雨引起的山體滑坡，山體的塌陷導致鋪設(shè)在被擠斷，引發(fā)天然氣的泄露爆炸；2013 年 11 月 2石化輸油管線破裂爆炸共造成 62 人死亡、136 人的局部腐蝕產(chǎn)生了缺陷和管壁減薄，導致管道不破裂泄露。加之現(xiàn)場清污人員的處理不當，才釀成道在核電、石化等行業(yè)應(yīng)用極其廣泛。除去上述由造成的管道失效[8]，大部分管道是由于管道缺陷的的工作壓力下發(fā)生泄露失效。

1.2 線彈性斷裂理論不同于常規(guī)的強度理論，斷裂力學是研究帶裂紋構(gòu)件的強度以及裂紋擴展規(guī)律的一門學科。通過描述裂紋擴展驅(qū)動力、以及材料對裂紋擴展阻力（斷裂韌性），來判斷裂紋的擴展情況。對于脆性材料和有較好塑性的材料，斷裂力學又分為線彈性斷裂力學和彈塑性斷裂力學來分別對其研究。本文主要研究的是線彈性斷裂力學中斜裂紋處應(yīng)力及應(yīng)力強度因子。1.2.1 裂紋擴展類型裂紋在構(gòu)件中擴展一般分為三種形式，張開型、滑移型（或同平面剪切型）和撕裂型（或反平面剪切型），，如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH49

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5 王U

本文編號：2601467