管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

摘要：

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向 I 型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用 ABAQUS 软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向 I 型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向 I 型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比α、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比α、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.

关键词：双参数蚀坑、裂纹、海底管道、应力强度因子

所属期刊栏目：52

分类号：O346.2(固体力学)

资助基金：国家科技重大专项资助项目2016ZX05028005-004;国家自然科学基金青年基金资助项目51609169. Supported by the National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China2016ZX05028005-004;the Young Scientists Fund of National Natural Science Foundation of China51609169

在线出版日期：2019-10-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：522-528