《管道轴向内表面椭圆裂纹尖端应力场有限元分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管道轴向内表面椭圆裂纹尖端应力场有限元分析（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、分类号 U D C 密级 1 9 3 3 6 8 4 学位论文 管道轴向内表面椭圆裂纹尖端应力场有限元分析 作者姓名： 指导教师： 申请学位级别： 刘阳 何雪法副教授 东北大学机械工程与自动化学院 硕士学科类别：工学 论文提交日期：2 g 年钿 日论文答辩日期：础年7 月E l 篇期：赫E ：毹黻桫搬评阅人：擞、确皂珊搬叫” 东北大学 2 0 0 8 年7 月 l 囊 AD i s s e r t a t i o ni nM e c h a n i c a lD e s i g na n dT h e o r y j f I I I f f illP III l ll l lr f l I I
2、F I I J Y I8 4 2 9 8 4 F i n i t eE l e m e n t A n a l y s i s f o rP i p i n gw i t hA x i a l I n n e rS u r f a c eC r a c k s b yL i uY a n g S u p e r v i s o r ：A s s o c i a t eP r o f e s s o rH eX u e h o n g N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y J u l y2 0 0 8 墨 。 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文
3、是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名： E l 期：2 g 7 J 毒 甬 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 l 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学
4、位后： 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：垂】予目 签字日期：2 岳7 f 两年彳 导师签名：彳否歹6 鲫竞 签字日期：训7 I ： - 一 弋 。，沁， 东北大学硕士学位论文摘要 管道轴向内表面椭圆裂纹尖端应力场有限元分析 摘要 盂 。随着断裂力学理论的不断成熟以及计算机技术的飞速发展，断裂力学在工程实际中 乙得到了广泛的应用。目前，应用断裂力学理论对在役压力管道进行断裂研究，也成为学 I术者研究的热点之一。但是，对于一些特殊的含有裂纹缺陷的结构进行断裂研究仍然缺 、 乏可以直接利用的断裂参数分析结果。本文以断裂力学为基础，采用有限元分析方法， 借助A N S Y S 有限元分析软件，
5、建立不同情况下的含有轴向内表面椭圆裂纹的管道有限 元模型，进行分析计算，给出线弹性条件下不同情况( 不同裂纹尺寸、不同载荷条件等) 的轴向内表面椭圆裂纹管道的应力强度因子K ，值；进一步换算为工程实际中易于应用 的应力强度因子修正系数F ，并对其进行拟合，给出修正系数F 的表达式。并对裂纹尖 端的应力场进行研究，对比分析结果，讨论裂纹尖端应力场的影响因素。 本文工作的主要内容包括： ( 1 ) 依据断裂力学的理论知识，分析研究平面裂纹尖端的应力强度因子的求解方 法，应用A N S Y S 有限元分析软件，建立裂纹平板、裂纹管道有限元模型，验证本文所 采用S H E L L 9 3 单元与建模方
6、法的准确性和可靠性，为本文以后工作打下坚实的基础。 ( 2 ) 建立不同情况下含有轴向内表面椭圆裂纹管道有限元模型，在内压载荷作用 下，得到线弹性条件下的应力强度因子K ，值，并提取有限元计算结果，绘制出应力强 度因子随着不同影响因素的变化关系图，分析讨论其变化规律。 ( 3 ) 进一步求解应力强度因子修正系数，值，并绘制成曲线图，总结讨论其变化 规律，并对曲线进行拟合得到应力强度因子修正系数F 的表达式。 ( 4 ) 在内压载荷作用下，分析研究裂纹周围应力、应变场的分布，并提取结果绘 I 制曲线图，讨论其变化规律。 。 ( 5 ) 在内压载荷作用下，分析研究多裂纹应力强度因子的相互影响，探讨
7、管道壁 厚、裂纹深度、裂纹间距离等对应力强度因子的影响。 ( 6 ) 引进材料应力应变关系，对含有轴向内表面椭圆裂纹管道进行弹塑性有限元 分析，研究裂纹尖端应力、应变场的分布。 关键字：断裂力学椭圆裂纹应力强度因子有限元方法应力应变场 l ：I 奎 V f l I 1 r 东北大学硕士学位论文摘要 F i n i t eE l e m e n t A n a l y s i sf o rP i p i n gw i t hA x i a lI n n e rS u r f a c e C r a c k s 。 A bs t r a c t F r a c t u r em e c h a n
8、 i c si sa p p l i e dw i d e l yi nt h ep r a c t i c a le n g i n e e r i n ga l o n gw i t ht h et h e o r y o ff r a c t u r em e c h a n i c sm a t u r ea sw e l l 弱t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yd e v e l o p e dr a p i d l y A t p r e s e n t ，i th a sp r a c t i c a ls i g n i f i c
9、a n c et h a tt h et h e o r yo ff r a c t u r em e c h a n i c si su s e di nt h e F r a c t u r eA n a l y s i so fp i p e sw h i c hi ns e r v i c e H o w e v e r , t h er e s u l to ft h ef r a c t u r ep a r a m e t e r si s c a l l tb eu s e dd i r e c t l yt om a k eF r a c t u r eA n a l y s
10、 i sf o rt h es t r u c t u r ew h i c hh a St h ee s p e c i a l c r a c k I nt h i sp a p e r , b a s e do nf r a c t u r em e c h a n i c s ，t h es t r a i g h tp i p ew h i c hc o n t a i n e da x i a li n n e r s u r f a c ec r a c k sa r ea n a l y z e db yt h ef i n i t ee l e m e n t a n a l
11、 y s i s ( F E A ) m e t h o da n dA N S Y S s o f t w a r e F i n i t ee l e m e n tm o d e l sa r ee s t a b l i s h e df o rs t r a i g h tp i p ew h i c hc o n t a i na x i a li n n e r s u r f a c ec r a c ki nd i f f e r e n ts i t u a t i o n s ( d i f f e r e n te r a c ks i z e 、d i f f e r
12、 e n tl o a dc o n d i t i o n s ) T l l e ya r e a n a l y z e da n dc a l c u l a t e d n es t r e s si n t e n s i t yf a c t o r ( K ，) w h i c hc o n t a i n e dt h ea x i a li n n e r s u r f a c ec r a c ki nd i f f e r e n ts i t u a t i o n si nl i n e a r - e l a s t i c i t yi sc a l c u
13、l a t e d ，a n di st r a n s f o r m e dt o c o r r e c t i o nc o e f f i c i e n tFo fs t r e s si n t e n s i t yf a c t o r F i t t e d T h em a i nc o n t e n t si nt h i sp a p e ri n c l u d e ： ( 1 ) A c c o r d i n gt ot h et h e o r yo ff r a c t u r em e c h a n i c s t h ew a yf o rs o l
14、 u t i o no fp l a n ec r a c k t o p Ss t r e s si n t e n s i t yf a c t o ri sa n a l y z e da n ds t u d i e d ；t h eA N S Y Ss o f t w a r eo ff i l l i t ee l e m e n t a n a l y s i si sa p p l i e dt os e tu pc r a c kp l a t e 、c r a c kp i p ef i n i t ee l e m e n tm o d e l ；t h ea c c u
15、 r a c ya n dt h e r e l i a b i l i t yo fm o d e l i n ga sw e l la st h ea p p l i c a t i o no ft h eS h e l l 9 3u n i ti sc o n f i r m e di nt h i s p a p e r , a n df o u n d a t i o ni sb u i l ts t a b l yf o rl a t e rw o r k ( 2 ) M o d e l sf o ra x i a li n n e rs u r f a c ec r a c ko
16、 fs t r a i g h tp i p e l i n ei nd i f f e r e n ts i t u a t i o n sa r e e s t a b l i s h e db yF E A ；K ，i nl i n e a r - e l a s t i c i t yu n d e ri n n e r - p r e s s u r ei sc a l c u l a t e d n l er e s u l t o ft h ef i n i t ee l e m e n ti sp i c k e du p ，c h a r t so fK ，c h a n g i n ga l o n gw i t ht h ed i f f e r e n ti n f l u e n c e f a c t o r sa r ep l o t t e d ，a n dr u l eo fc h a n g ei sa n a l y z e d
