球罐内部半月形裂纹的应力强度因子.doc

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1、大连理工大学本科外文翻译典型球罐内部径向半月形裂纹组的三维应力强度因子3-Dstressintensityfactorsforarraysofinnerradiallunularorcrescenticcracksinatypicalsphericalpressurevessel学院（系）：化工机械学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：李广学号：指导教师：李岳完成日期：2010年4月4日大连理工大学DalianUniversityofTechnology外文翻译要求：1．毕业设计（论文）外文翻译的译文不得少于5千汉字。2．译文内容必须与题目（或专业内容）有

2、关，且正式出版日期为近5年内的外文期刊。3．外文原文、译文应用标准A4纸单面打字成文。4．译文的基本格式与外文格式相同，文中标题（宋体、小四号、字体加粗），正文为小四号。页边距：上3.5cm，下2.5cm，左2.5cm、右2.5cm；页眉：2.5cm，页眉：译文的中文题目，页脚：2cm。5．原文中的图、表等名称必须翻译，参考文献内容不翻译。6．外文翻译装订顺序：封面、外文原文、中文译文；典型球罐内部径向半月形裂纹组的三维应力强度因子M.Perla，V.Bernshteinba萨拉曼卡主教大学b本古里安大学机械工程学院摘要：很多球罐都是用液压胀形（IHBF）

3、法制造的，这种方法制造的球罐是由若干双曲线形球瓣焊接而成的。这类容器对于沿焊缝的径向裂纹很敏感。为了对疲劳寿命和抗断裂强度进行评估，需要对应力强度因子(SIFs)沿裂纹前沿的分布进行分析。然而到目前为止，薄壁和厚壁球壳内部半椭圆裂纹的应力强度因子的3维结果只有两种方法来求解，薄壁球壳上贯穿全厚的裂纹的2维应力强度因子求解也只有两种方法。在本文中研究了半月形裂纹的I型应力强度因子的分布。通过FE方法对典型(η=R0/Ri=1.1)球形压力容器沿裂纹前沿的单一因素进行3维分析。文中分析了应力强度因子的变化与以下因素的关系：一组裂纹的裂纹数量n=1-20；裂纹深

4、度与壁厚之比a/t从0.025到0.95；裂纹椭圆率a/c（裂纹深度与裂纹半轴长之比）从0.2到1.5。结果表明：三维应力强度因子受以下参数影响：一组裂纹中裂纹数量n，相对深度a/t，裂纹椭圆率a/c。关键词：球罐；三维应力强度因子；半月形裂纹；椭圆率1引言压力容器被广泛应用于各种行业。然而由于球形压力容器具有最佳比强度（强度/重量），经常被用于：LNG（液化天然气）储罐，航天器和飞机的推进剂、氧化剂、压缩气体的储罐以及化工原料的压力储罐。这些储罐大部分是薄壁或中等厚度，也就是外半径与内半径之比η=Ro/Ri≤1.1。许多球形压力容器用液压胀成形（IHBF

5、）的方法制造，此方法制造的球罐是由若干双曲线形球瓣焊接而成的（如图1），这些压力容器由于下列因素对于沿其焊缝裂纹很敏感：循环加压-减压、焊缝附近的热影响区、残余拉应力、以及存在的腐蚀剂。在这些因素作用下，一个或多个径向裂纹从焊缝内表面开始扩展。为了评估静态抗断裂强度、裂纹扩展速率、以及总疲劳寿命，必须确定一个或多个径向裂纹的I型应力强度因子(SIF)-KI，迄今为止这个问题很少得到关注。起初，薄壁球壳贯穿裂纹的二维应力强度因子已由Folias、Erdogan、Kibler和Tada等人进行了研究，但这些研究结果只能提供一个应力强度因子的上限。因此，当一个或

6、多个径向裂纹从球罐内表面出现时，二维应力强度因子可能为断裂强度和容器的疲劳寿命提供十分保守的估计。Hakimi等人和API579的结果是目前仅有的球形压力容器内部半椭圆裂纹的三维结果。但这些结果仅适用于有限的范围。因此，本研究的目的是有限元方法对典型球罐径向裂纹作全面三维分析。对半月形内部径向裂纹组的沿裂纹前沿的三维I型应力强度因子分布进行评估。研究包括内部径向长半月形和横向半月形裂纹组的三维Ⅰ型应力强度因子，有证据表明裂纹为半月形，而非半椭圆形，但无法知道随裂纹的扩展其几何形状是否改变。2三维分析对一个内径为Ri、外径为Ro、厚度为t的弹性球壳进行三维分

7、析。裂纹组是由n个完全相同的长度为2c和深度为a的内部径向半月形裂纹组成（见图2）。裂纹在相等间隔的经向平面内，并对称于赤道平面（见图2a）。符号说明裂纹深度实际裂纹深度裂纹半轴长实际裂纹半轴长KII型应力强度因子Kmax最大应力强度因子规范应力强度因子Ko标准应力强度因子Koo标准应力强度因子Koo=pn裂纹组中的裂纹数Q半月形裂纹的形状系数P内部压力Ri球罐内径R0球罐外径极坐标t球罐壁厚希腊符号球罐的内径外径之比泊松比径向应力分量环向应力分量经向应力分量贯穿球壁厚度的平均环向应力Ψ半月形和椭圆半月形裂纹的角度参数（见图2）3有限元模型由于几何形状的对

8、称性，只需分析半月形裂纹的一半。对称平面是经向平面和赤道平面（见图