基于三维有限元模拟高钢级管线钢断裂过程中裂纹尖端张开角.pdf

基于三维有限元模拟高钢级管线钢断裂过程中的 裂纹尖端张开角 陈福来 (中国石油海外勘探开发公司，北京 100034) 摘 要：高压、富气的输送管道需要管道钢裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法。采用三维有限元 方法模拟了高钢级CTOA试件的断裂扩展过程。(CTOA)的有限元计算值与试验实测值的偏差为 10．38％～17．5％，且管线钢 的(CTOA)随试件厚度的增加而增大，并呈线性关系。基于对有限元 计算结果的分析，拟合得到了管线钢(CTOA)的预测公式。 关键词：裂纹尖端张开角；三维有限元；公式拟合；止裂 中图分类号：TE973．6；O241．82 文献标识码：A 文章编号：1001—4837(2011)06—0016—04 doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2011．06．004 Simulation ofCrackTipOpeningAngleduringFractureProcess ofHigh—-gradePipelineSteelBasedon3D FiniteElementAnalysis CHEN Fu—lai (ChinaNationalOilGasExplorationandDevelopmentCorporation，Beijing100034，China) Abstract：Highpressure，richgastransmissionpipelinerequiresthedevelopmentofmeasuringmethodof CrackTipOpeningAngle(CTOA)．Thesimulationofhigh—gradepipelinesteelCTOAspecimenfrac— tureprocesshasbeencarriedoutwiththe3D finiteelementmethod．Theresultsshowedthatthedevia— tionsofthefiniteelementscalculationvaluesandtheexperimentalvaluesofthe(CTOA)。are10．38％～ 17．5％，andthepipelinesteel(CTOA)。isincreasedwithspecimenthicknessincreased，andtheyhave linearrelation．Thefittingpredictedformulasofpipelinesteel(CTOA)。wereacquiredbyanalyzingre— sultsoffiniteelementscalculation． Keywords：cracktipopeningangle；3D finiteelement；fittingfomr ula；arrest 预测，需新建一个基于断裂力学原理的延性断裂 0 引言 止裂韧性测定标准。国内外文献 ¨ 表明：CTOA 被公认为是一种具有发展前途的止裂判据。 大 口径、高压输送及采用高钢级管线钢是国 笔者在文献 [6—7]中所做 CTOA试验结果 际输气管道工程发展的一个重要趋势，输气管道 表明：临界断裂韧性 (CTOA)与试件韧带厚度有 对止裂韧性 已超出了现有延性止裂预测模型的范 关，而厚韧带 CTOA试件不易获得 (CTOA)。鉴 围，为了满足高强度、高韧性输气管线止裂韧性的 于此，选用ANSYS有限元软件 对CTOA试件的 16 第28卷第6期 压 力 容 器 总第223期 断裂过程进行模拟分析，然后通过对 比(CTOA) 力云图(见图1)，点A为裂纹尖端，可明显看 出， 的有限元