[发明专利]一种管道裂纹扩展驱动力计算方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种管道裂纹扩展驱动力计算方法及系统，其中，管道裂纹扩展驱动力计算方法，包括：在预先建立的管道的有限元模型中设置相应的弹塑性本构关系，并设置拉伸载荷及边界条件；边界条件包括对称约束和固定约束；对有限元模型划分网格，设置裂纹和输出参量，进行有限元计算，并在有限元计算后提取数据；通过有限元模型模拟得到的数据，计算得到第一无量纲系数；第一无量纲系数取决于裂纹尺寸和材料性能，是与修正的极限载荷解相关的参数；根据第一无量纲系数，计算得到裂纹扩展驱动力。简化了裂纹扩展驱动力计算方法，并能够精准地计算裂纹扩展驱动力，方便了对承受塑性变形管道进行断裂评估，提高了评估结果的准确性。

技术领域

本发明涉及断裂力学领域，尤其涉及一种管道裂纹扩展驱动力计算方法。

背景技术

管道在服役过程中受复杂地质条件(如不连续多年冻土带、地震、滑坡和地面沉降)、安装施工和实际运营等因素的影响，会产生1-3％的名义轴向应变。如果管道无法承受安装和服役时环境所产生的应变，就会发生泄漏或破裂。这不仅会造成巨大的经济损失，还将造成环境污染、生态破坏等灾难性后果，严重影响社会平稳运行。为了保证管道的结构完整性，需要依据基于断裂力学的BS7910和DNVGL-RP-F108等国际标准，对其进行工程临界评估(ECA)。在对承受塑性变形管道进行工程临界评估时，针对特定的材料和构件形式，需要精确测定其裂纹扩展驱动力。

迄今为止，失效评估图(FAD)是应用最为广泛的含缺陷结构断裂评估方法，其已被BS7910，R6，FITNET和API579等缺陷评定标准所采纳。失效评估图法有参考应力法和参考应变法两种，考虑断裂和失稳两种失效模式。目前，国际上使用较为广泛的几种基于应力的裂纹扩展驱动力(J积分)计算方法为：美国电力研究所(Electric power researchinstitute，EPRI)法、参考应力法和改进的参考应力法等。

上述方法的精度值极大地依赖于极限载荷解的选取，但在计算特定材料和构件形式的极限载荷解时，存在结果不够准确(导致断裂评估结果不够保守或过于保守)、计算极限载荷解的中间变量物理意义和理论基础不明确、未考虑裂纹尺寸和材料性能对极限载荷解的影响等问题。

因此，如何提供一种管道裂纹扩展驱动力计算方法及系统，提出一个理论基础和物理意义明确、能精准计算裂纹扩展驱动力的简化参考应力法，对承受塑性变形管道进行断裂评估，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种管道裂纹扩展驱动力计算方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种管道裂纹扩展驱动力计算方法，包括，

在预先建立的管道的有限元模型中设置相应的弹塑性本构关系，并设置拉伸载荷及边界条件；所述边界条件包括对称约束和固定约束；

对所述有限元模型划分网格，设置裂纹和输出参量，进行有限元计算，并在所述有限元计算后提取数据；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到第一无量纲系数；所述第一无量纲系数取决于裂纹尺寸和材料性能，是与修正的极限载荷解相关的参数；

根据所述第一无量纲系数，计算得到裂纹扩展驱动力。

可选的，所述管道裂纹扩展驱动力计算方法，

所述通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到第一无量纲系数，具体包括：

通过所述有限元模型模拟以获取不同裂纹长度比2c/πD、裂纹深度比a/t、管道径厚比D/t和硬化指数n情况下的第一无量纲系数λ数据，计算得到第一无量纲系数；

其中，c为裂纹半长度；D为管道外径；a为裂纹深度；t为管道壁厚。

可选的，所述管道裂纹扩展驱动力计算方法，