压力管道内表面裂纹蠕变断裂模糊分析有限元方法.pdf

第50卷第5期 化 工 设 置 与 管 遁 、，0I．50 NO．5 2013年 10月 PROCESSEQUIPMENTPIPING 0ct．2013 压力管道内表面裂纹的蠕变断裂模糊分析有限元方法 钟万里 ，王伟 ，林介东 ，刘长虹 (1．广东电网公司电力科学研究院，广州 510080； 2．华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室，上海 200237) 摘 要：针对压力管道内表面的裂纹问题，采用蠕变断裂模糊有限元法进行分析。首先根据蠕变断裂理 论，建立管道的蠕变断裂力学模型；然后根据蠕变参数所具有的模糊不确定性，用模糊有限元的参数处 理方法，建立了压力管道的蠕变断裂模糊有限元模型；最后对计算结果进行了分析和讨论，说明了该方 法的有效性。 关键词：蠕变；表面裂纹；模糊；有限元法 中图分类号：TQ050_2；TH12 文献标识码：A 文章编号：1009．3281(2013)05．0071．003 压力管道中的裂纹等缺陷是工程中常见的问题， “——位移随时间的变化率； 为了确保管道安全的工作，很多学者进行了这方面的 X，)—一 围绕曲线平面的坐标。 研究工作。研究表明 ”，管道在高温、高压作用下将 是应变能密度，其公式： 产生蠕变断裂破坏。根据蠕变实验可知，材料的蠕变 ．I盯出 (3) 参数具有分散性，即可以处理成为蠕变模糊变量 [2-4]。 0 如果采用确定性的试验参数进行管道蠕变断裂分析 ， 式中，盯和e表示应力和蠕变应变率。 则有可能得到与实际情况相差较大的误差结果。下面 由公式 (2)可知，c 的量纲为N／(m．h)，即量 将建立基于压力管道内表面裂纹的蠕变断裂模糊有 纲单位 “力 ／(长度 ·时间)”O 限元分析方法。 2 压力管道内表面裂纹的蠕变断裂模糊有限元法 1 基于确定性的蠕变断裂的力学模型 考虑含有 内表面椭 圆裂纹 的压力管道 ，外半 根据文献 [1]的研究成果，C 积分是一种可以 径 。=418mm，内半径 j=380mm，管壁厚度为 有效分析承受内压管道的表面裂纹问题的分析方法。 t=38mm，压力为p=6．2MPa，管道材料为Cr-Mo低 对于含有内表面裂纹管道的蠕变断裂的本构方 合金钢，弹性模量为E=144000MPa，泊松比v=0-3， 程如下： 蠕变系数为 詈+盯“ (1) A=I．9×10一．n=7 式中 ，方一 应变和应力关于时间的导数； 设管道的内表面裂纹为半椭圆型裂纹，其长轴 卜 弹性模量； 半径b=57mm，短轴半径a=221TUTI。根据对称性原理， A，——蠕变稳定阶段下的蠕变系数。 可以取管道的1／4结构建立三维有限元模型，选择管 C．积分公式如下： 道的长度为 11401Tffn。采用ABAQUS软件中C3D8 单元，即8节点三维等参元划分网格，共划分 30000 c