文档介绍：第 23 卷
第 1 期焊接学报 Vol. 23
No. 1
2 0 0 2 年 2 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INST ITUT ION February 2 0 0 2
压力管道焊缝含环向表面裂纹 J 积分估算方法
杨新岐,
霍立兴,
张玉凤,
刘月丽
( 天津大学材料科学与工程学院, 天津
300072)
摘
要:
基于 SC. ENG( 表面裂纹工程估算) 方法的基本原理, 建立了弯矩作用下压力
管道焊接接头含有内表面、等深度及有限长度环向表面裂纹的 J 积分近似估算公式, 在
计算公式中考虑了焊缝非匹配因素的影响。与 SC. ENG1 和 SC. EN G2 方法相对应, 在
此分别称所推导的 J 积分估算方法为 SC. EN G3 和 SC. ENG4 方法。该方法建立在塑
性形变理论、Ramberg- osgood 本构关系和等效原则基础上, 通过使裂纹存在时的结构
柔度与壁厚局部减薄时模拟结构的柔度相等的方式建立 J 积分的估算公式。有限元数
值解验证了上述 J 积分估算公式的有效性。
关键词:
管道; 焊缝非匹配; 表面裂纹; J 积分; 有限元模型
中图分类号: T G404
文献标识码: A
文章编号: 0253- 360X ( 2002) 01- 45- 04 杨新岐
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序
言但这样会导致过于保守或危险的评定。对含环向穿
透裂纹的管道焊接接头, Rahman 和 Brust 建立了一
环向表面裂纹是压力管道中最为常见的一种缺种考虑母材和焊缝非匹配影响的压力管道含环向穿
[ 4]
陷, 它会导致压力管道的爆破和泄露, 产生严重的经透裂纹的 J 积分估算公式。本文基于 Rahman 和
济和财产损失。因此研究在役压力管道切实可行的 Brust 所提出的 SC. ENG 方法的基本原理, 建立了
安全评估技术是工程界迫切需要解决的问题。对于包含非匹配效应的管道焊缝含环向表面裂纹的 J
工程实际中广泛采用的低强度、高韧性管道材料而积分估算公式。通过有限元数值解验证了上述 J
言, 许多试验和分析表明, 弹塑性断裂力学提供了更积分估算公式的有效性。
为合理的安全评定方法, J 积分是表征材料韧性断
裂的有效断裂参量。通常可借助于有限元数值方法 1
计算模型
计算 J 积分。但有限元方法昂贵费时、工作量大并
要求具备较深的专业知识。这对实际工程应用和推如图 1a 所示含环向表面裂纹管道[ 4] , 管道承受
广带来许多不便, 因而建立简便易行的 J 积分工程的弯曲载荷为 M , 且管道端面相对于另一端面的转
估算方法十分必要[ 1] 。角为
。图 1b 给出含表面裂纹管道的横截面图
在过去的 10 多年中, 许多研究者都为此进行了和管道及其表面裂纹的几何形状参数, 一个等深度
大量的工作[ 2~ 4] 。近年来, Rahmant [ 3] 等人提出了
两种计算压力管道含环向表面裂纹的 J 积分估算
方法, 简称为 SC. ENG1 和 SC. ENG2。这些方法的
理论基础为: ( 1) 塑性形变与传统梁理论; ( 2) 应力应
变关系由 Ramberg -