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原文传递厚壁管道均布径向多裂纹相互作用的有限元研究

论文题名：	厚壁管道均布径向多裂纹相互作用的有限元研究
关键词：	厚壁管道;均布多裂纹;有限元法;相互作用
摘要：	目前含裂纹结构的安全性评价大多基于单一裂纹理论进行且无法考虑多裂纹存在时裂纹间的相互影响，在实际工程应用中产生了越来越多的问题;而实际在役设备中裂纹多以裂纹群的形式存在并且裂纹间的相互作用对含裂纹结构安全性有重要的影响，所以多裂纹问题受到了越来越多研究者的关注。　　本文以断裂力学理论为基础，通过对平板多裂纹尖端应力强度因子影响因素的分析，提出均布径向多裂纹存在时裂纹尖端应力强度因子的抽象表达式及多裂纹间相互作用影响因子;运用数值方法中的有限元法，利用大型通用有限元软件ANSYS建立不同情况下含均布径向多裂纹厚壁管道的有限元模型进行计算;通过计算得到的线弹性条件下裂纹尖端应力强度因子，对径向双裂纹及多裂纹尖端应力强度因子结相互作用影响因子的影响因素及规律进行了研究。　　本文的主要研究内容包括: 　　(1)依据断裂力学基本理论及有限元法，分析二维含裂纹结构裂纹尖端应力强度因子的求解方法;运用ANSYS软件建立含径向单裂纹厚壁管道有限元模型，通过计算得到的裂纹尖端应力强度因子与理论值比较，验证ANSYS在含裂纹结构建模及裂纹尖端应力强度因子计算中的正确性。　　(2)通过平板多裂纹尖端应力强度因子影响因素的分析，提出含影响因素的均布多裂纹尖端应力强度因子抽象表达式、多裂纹间相互作用影响因子特征量。　　(3)在线弹性条件下利用ANSYS软件对受内压含径向双裂纹厚壁管道进行大量研究，计算双裂纹尖端应力强度因子值;通过计算结果分析了裂纹夹角、裂纹深度比及管道外径对双裂纹尖端应力强度因子及双裂纹间相互作用影响因子的影响，应力强度因子影响因素分析结果表明本文提出的多裂纹尖端应力强度因子表达式中的影响因素具有一定的合理性且不同因素对双裂纹尖端应力强度因子的影响不同;裂纹间相互作用影响因子影响因素分析表明裂纹间夹角大约为110°是张开和闭合效应的转折点，且在不同夹角时裂纹深度比及管道外径对相互作用影响因子的影响不同。　　(4)在线弹性条件下利用ANSYS软件对受内压含径向多裂纹厚壁管道进行研究，计算不同情况下均布多裂纹尖端应力强度因子值;通过计算结果分析了裂纹夹角、裂纹深度比及裂纹数目对多裂纹尖端应力强度因子及双裂纹间相互作用影响因子的影响，应力强度因子影响因素分析结果表明裂纹数目、裂纹深度比及管道外径对多裂纹尖端应力强度因子影响不同;相互作用影响因子分析表明多裂纹数目N=3为张开和闭合效应的转折点，且在不同裂纹数目时相互作用影响因子随裂纹深度比及管道外径的变化规律不同，进一步验证了双裂纹分析中对作用效应范围及影响规律的结论。　　(5)利用前面的计算结果分析两种影响因素组合对多裂纹尖端应力强度因子及双裂纹间相互作用影响因子的影响及规律，应力强度因子和相互作用影响因子综合影响因素分析表明在两种影响因素同时变化时不同因素对应力强度因子影响强度不同且有可能超过其他因素的影响。　　(6)利用含均布径向多裂纹管道有限元模型分析了含均布径向多裂纹最大周向应力随裂纹数目变化规律并与以R1+a为内径、相同外径光滑管道最大周向应力进行了对比，分析结果表明裂纹数目的增加只是减缓了裂纹的扩展，并不表明管道强度的提高。
作者：	秦晓峰
专业：	机械设计及理论
导师：	何雪浤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文