建立了管道焊縫雙裂紋的有限元模型,分析雙裂紋尺寸和裂紋尖端距離對裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響,討論了裂紋干涉的規(guī)律,擬合出雙裂紋間距離比和尺寸比對裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子放大系數(shù)影響規(guī)律的計(jì)算公式.研究了焊縫區(qū)雙裂紋干涉的規(guī)律.結(jié)果表明:隨著兩裂紋尖端距離增大,放大系數(shù)與距離比、尺寸比的關(guān)系為指數(shù)關(guān)系,其中距離比對放大系數(shù)的影響指數(shù)接近為-1,尺寸比對放大系數(shù)的影響指數(shù)接近為2.同時(shí),基于干涉規(guī)律及結(jié)果,對裂紋進(jìn)行ECA評估,同BS7910規(guī)范中對裂紋等效合并后的評估結(jié)果比較,擬合公式考慮了干涉效應(yīng)的影響,評估結(jié)果較為準(zhǔn)確,而BS7910規(guī)范評估結(jié)果或過于保守或過于樂觀.

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圖1 單裂紋有限元網(wǎng)格劃分模型

圖1為平板單裂紋有限元網(wǎng)格劃分模型,圖2為三維表面裂紋示意圖,在半橢圓裂紋中,不同節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子隨參量角θ的變化而變化,呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢,在最深處附近區(qū)域應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到最小值.圖2三維表面裂紋示意圖

圖2 三維表面裂紋示意圖

圖1單裂紋有限元網(wǎng)格劃分模型圖3為平板表面單裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子分別用有限元和Newman-Raju公式計(jì)算的結(jié)果對比,除去兩端和中間區(qū)域兩者擬合效果基本一致;文中研究的裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子均為最大值即兩端節(jié)點(diǎn)較大值,圖中兩者誤差在2%之內(nèi).

圖3 平板表面單裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算結(jié)果

圖3為平板表面單裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子分別用有限元和Newman-Raju公式計(jì)算的結(jié)果對比,除去兩端和中間區(qū)域兩者擬合效果基本一致;文中研究的裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子均為最大值即兩端節(jié)點(diǎn)較大值,圖中兩者誤差在2%之內(nèi).1.2裂紋干涉有限元模型

圖4 模型邊界條件設(shè)置(單位:mm)

對于均勻拉伸情況,選定X80隔水管外徑762mm,內(nèi)徑711.2mm,管長為240mm,建立1/2模型,一端設(shè)置為軸對稱條件,另一端施加100MPa拉應(yīng)力,圖4為模型邊界條件設(shè)置.其中,兩條半圓形裂紋位于軸對稱面,裂紋尖端距離指兩裂紋近端節(jié)點(diǎn)的弧距,近似于直線距離,裂紋相....

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