贯穿裂纹管局部柔度的广义求解方法研究.pdf

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1、第25卷第4期2010年8月中国海洋平台CHlNAOFFSHOREPI。ATFORMV01．25No．4Aug．。2010文章编号：1001-4500(2010)04—0025-07贯穿裂纹管局部柔度的广义求解方法研究刘朵，朱彤，胡家顺，周晶(大连理工大学，大连116023)擒要：根据应变能释放原理并结合转动力学扩展了基于局部柔度的裂纹模型理论，推导了舍有任意方向裂纹的贯穿裂纹管在纯弯矩作用下的局部柔度方程，并利用Matlab编写了该方程的求解程序。为验证贯穿裂纹管局部柔度方程的正确性，利用有限元分析软件ANSYS建立了裂纹管的

2、有限元模型。理论计算值与有限元分析结果基本吻合，说明了弯矩作用下贯穿裂纹管局部柔度求解方法的合理性。关键词：损伤；贯穿裂纹；应变能释放原理；局部柔度；有限元中图分类号：0346文献标识码：AStudyonGeneralizedSolutionoftheLocalFlexibilityofPipewithaThroughCrackLIUDuo，ZHUTong，HUJia—shun，ZHOUJing(DalianUniversityofTechnology，Dalian116023，China)Abstract：Inthispape

3、r，thecrackmodeltheorybasedonthelocalflexibilityisextendedcombiningtheStrainEnergyReleasePrinciplewiththerotordynamics．Thelocalflexibilitye—quationsofapipeunderpurebendingwhichcontainsathroughcrackatanyangleisderived，whichissolvedbytheprogrambasedonMatlab．Afiniteeleme

4、ntmodelofcrackpipeises—tablishedbythesoftwareANSYSinordertoverifythelocalflexibilityequations．Thetheo—reticalresultsapproximatelyagreewiththenumericalresults，themethodoflocalflexibilityequationsofathroughcrackpipeunderpurebendingisrationality．Keywords：damage；throughc

5、rack；StrainEnergyReleasePrinciple；localflexibility；finiteelementO前言海底管道连接海上油气田开发的上游和下游，被誉为海洋油气田生命线。然而，由于海底管道工作环境恶劣，如管内的油气腐蚀、管外的波流作用、海床运动以及突发的撞击和拖网等，使得海底管道不可避免地产生凹痕、裂纹等各种损伤。损伤的累积和扩展将导致管道抗力不断衰减，突发情况下甚至引起海底管线的破裂。这种安全事故不仅对国家经济造成巨大损失，而且严重污染海洋环境，使生态遭到破坏。因此，采用有效的技术手段对海底管道进行

6、结构分析、监测诊断以及安全评价具有重要的理论意义和实用价值。疲劳裂纹是海底管道损伤的表现形式之一，因此开展裂纹诊断的研究工作具有非常重要的意义。为此，必须首先建立合适的裂纹管分析模型，这是研究裂纹管道力学行为的基础，也是进行裂纹识别研究的重要前提。目前常用的裂纹模型包括：①基于等效降截面的裂纹模型；②基于局部柔度的裂纹模型；③基于一致裂收稿日期：2009·12—07}修改稿收到日期：2010—03·30作者简介：刘朵(1984一)，女，硕士，主要从事海底裂纹管线的振动分析与损伤识别研究。·26·中国海洋平台第25卷第4期纹梁原理

7、的裂纹模型等[1]。其中，基于局部柔度的裂纹模型因物理意义明确、理论性强、应用性好等特点而被广泛使用，这是一种以“弹簧铰”来表征裂纹动力行为的模型。裂纹局部柔度的计算理论始见于二十世纪六、七十年代。1983年，Dimarogonas将应变能释放原理和转动力学相结合，为裂纹局部柔度理论的发展奠定了基础【2]。其后，Zheng等人[8]研究了矩形截面、圆形截面及一些中空截面在弯矩作用下由裂纹引起的局部柔度；胡家顺等研究了在轴力、剪力和弯矩的联合作用下裂纹管结构的局部柔度理论，包括了非贯穿直裂纹、圆周非贯穿裂纹以及贯穿裂纹等三种典型裂

8、纹模式，此类裂纹模型存在同样的假设，即裂纹尖端方向与外力方向垂直或平行，但由于海洋环境复杂多变，裂纹的出现也是任意的，即裂纹结构的裂纹尖端方向并不局限于与外力垂直或平行，还存在与外力成任意角情况；Naniwadekar等人[91利用试验研究了裂纹与外力成任意角的