高压输气管道内裂纹相互作用的有限元数值分析

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1、高压输气管道内裂纹相互作用的有限元数值分析姚安林‘，胡益平，曾祥国，王稳，刘卫国，陈华燕(1．西南石油大学石油工程学院，四川成都610500；2．四川大学建筑与环境学院，I~1)fI成都610065)摘要：基于三维虚拟裂纹闭合技术(3D—VCCT)，利用大型有限元分析软件ANSYS对内表面含单条半椭圆裂纹的高压输气管道的应力强度因子进行计算，计算结果与已有结果具有相当好的一致性，并验证了该方法应用于薄壁管道计算的有效性。然后考虑了2条对称副裂纹的短半轴与长半轴的比值，主副裂纹的距离以及主副裂纹环向角度对主裂纹应力强

2、度因子的影响，得到主裂纹应力强度因子的变化规律，并给出了主裂纹最深点和表面点应力强度因子的计算公式。提出的计算方法和结果对高压埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。关键词：高压输气管道；多裂纹；三维虚拟裂纹闭合法；应力强度因子中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1001—4837(2011)03—0028—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2011．03．006FiniteElementNumericalAnalysisofMultipleInteracting

3、CracksinHighPressureGasPipelineYAOAn—lin，HUYi—ping，ZENGXiang—guo，WANGWen，LIUWei—guo．CHENHua—yan(1．SchoolofPetroleumEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China；2．CollegeofArchitectureandEnvironment，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract

4、：Thestressintensityfactorforhighpressuregaspipelinewithsinglesurfacecrackofanellipticalfrontwasevaluatedbythemethodofthree—dimensionalvirtualcrackclosuretechnique(3D—VCCT)andthefiniteelementmethod(FEM)．Quantitativecomparisonsweremadebetweenthecalculatedre-suhs

5、andtheexistingresults，whichshowedgreatagreement．Then，twosymmetricminorcrackswereplacedinthestructure，andtheshapeoftheminorcrack，andthelengthandanglebetweentheminorandthemaincrackswereconsideredtostudytheeffectsonthestressintensityfactorsofthemaincrack．Finallyt

6、heruleandformulaofthestressintensityfactorofthemaincrackwereobtained．Thedevelopednumericalsimulationmethodandconclusionmayprovidesomereferencesfortheriskevaluation，designandconstructionofhighpressureburiedgaspipeline．Keywords：highpressuregaspipeline；multiplecr

7、acks；3D—VCCT；stressintensityfactor基金项目：西气东输管道工程项目(合同：07H461)；四川大学中央高校基本科研业务费专项项目(金属材料变形与破坏机理的跨尺度分析)28第28卷第3期压力容器总第220期管道内壁裂纹分布，主裂纹位于管道中部，裂纹面0引言沿管道轴向。两个尺寸相同的副裂纹对称分布于主裂纹两侧。主裂纹面与副裂纹面的夹角为0，作为现代五大运输系统之一的管道输运，在主副裂纹沿管道轴向的距离为尺，主裂纹长半轴石油、化工、供水、供热等领域占据重要地位。C1=0．025m，短半轴A

8、1：0．02m；副裂纹长半轴但由于压力管道输运的介质具有易燃、易爆、强为定值C2=0．025m，短半轴为A2。腐蚀等性质，而且管道内部缺陷的存在，压力管道断裂事故时有发生¨j，给国民经济造成了巨大的损失。因此，研究高压输气管道的破坏机理及含裂纹管道的破坏准则已经成为一项重要的研究课题。多裂纹问题普遍存在于管道中，在理论研究和实际应用中，多裂纹问题引起了人们的