海洋立管焊接接头的断裂参量J积分研究

针对深水海洋立管的特点,采用弹塑性有限元计算方法,对裂纹深度、长度、管道径厚比等因素对海洋立管断裂参量J积分的影响进行了研究,并在此基础上分析不同焊接接头组配在加载过程中的断裂性能。结果表明,焊接接头J积分值与全母材是有所差异的。因此,在海洋立管焊接结构安全评定中,除考虑不同裂纹深度、长度、管道径厚比对海洋立管的影响外,还必须考虑焊缝组配对焊接接头断裂参量的影响。     

两种钢材COD及J积分值的实验研究

采用18CrNiWA和40Cr钢，用3种不同强度材料的试件，进行了一系列3点弯曲试件深裂纹和浅裂纹的OOD及J积分值试验，再次得出了浅裂纹的ODD和J积分值大于深裂纹值的结果．文中用滑移线场理论进行分析。得出浅裂纹的静水应力值要小于深裂纹值，从而造成浅裂纹的断裂韧度值大于深裂纹值的结论．并以双参数断裂理论分析得出a／W值的减小导致了T应力的减小，并由此导致裂纹尖端塑性区的增大．即浅裂纹塑性约束的减小，造成了浅裂纹的δi及Ji值明显高于深裂纹值的结果．文中还指出了其重要的工程实际意义．     

16MnR二维弹塑性J积分计算方法研究

针对我国常用压力容器用钢１６ＭｎＲ长屈服增台，屈服后又明显硬化的特点。采用拟牛法编制了微机用二维弹性Ｊ积分计算有限元程序，并进行了精度考核，在非线性方程组的求解方法上，采用了拟牛顿法，并且根据积分围线的不同定义，分别沿单元边界积分和沿单元内高斯点积分计算Ｊ积分。数值算例表明：拟牛顿法有效了提高了非线性方程组的求解速度，其精度与ＥＰＲＩ法相比，偏差在５％之内，而且是偏于安全的，基于符合工程要求。     

裂纹扩展问题有限元模拟

应用弹性增量理论，按Ｍｉｓｅｓ条件进行了Ａ３０４不锈钢试样平面应力裂纹稳定扩展的有限元模拟研究。初步计算结果显示了与实验数据良好的一致性，同时也表明随裂纹扩展量增大，Ｊ积分的路径依赖性明显增强。     

非均质结构裂纹的J积分守恒性的理论研究(Ⅱ)

用数学分析方法论证了焊缝区有垂直裂纹时J积分的守恒性，又用弹塑性有限元方法进行了数值验证．首次提出了J积分与路径有关的理论证明，为J积分在压力容器缺陷安全评定的应用提供了必要的依据．     

高匹配焊接接头裂纹的J积分研究

本文研究了含有纵向裂纹或缺陷的高匹配焊接接头材料不均匀性和焊缝宽度对弹塑性断裂表征参量J积分的影响规律.高匹配焊缝被理想化为含有一平行裂纹的一个硬夹层,其屈服应力高于母材.在平面应力条件下利用弹塑性有限元计算得到数值解.研究结果表明,材料不均匀性和焊缝宽度对J积分值有显著影响,特别当名义应力或名义应变较高时影响更大.因此,估算高匹配接头的裂纹推力时必须对此加以考虑.     

基于Kriging代理模型的TP304不锈钢裂尖驱动力概率预测（英文）

为了探究材料和载荷的随机性对TP304不锈钢裂尖驱动力的影响规律,通过将弹塑性有限元和Kriging代理模型相结合,实现裂尖驱动力的概率预测。为了提高有限元分析的效率,使用MATLAB对ABAQUS软件的前置处理和后置处理程序进行二次开发,实现随机样本的自动更改、批量计算和概率预测结果的自动分析。研究得到了随机因素作用下TP304不锈钢材料裂尖驱动力的统计分布规律,以及失效概率、失效概率密度函数、累计概率密度函数等概率特征,并对各随机因素的灵敏度进行了分析。最后,通过与Monte Carlo法对比分析了该方法的有效性和效率。结果表明,载荷和材料参数的随机性会显著影响TP304不锈钢裂纹尖端的驱动力,从而影响TP304不锈钢的失效概率,载荷和应变硬化指数对奥氏体TP304不锈钢材料裂尖驱动力的分散性影响最大。     

宏观力学不均匀性对焊接接头动态J积分的影响

焊接接头是一个宏观力学不均匀体，力学不均匀性对焊接接头的动态断裂行为有重要的影响。采用MARC有限元程序，对含焊缝中心裂纹的低匹配焊接接头三点弯曲试样的动态断裂响应进行了计算模拟，并采用虚拟裂纹扩展方法计算了动态J积分断裂参量。作为比较，计算了相同条件下全母材及全焊缝三点弯曲试样的动态响应。由于惯性效应的作用，动态载荷响应曲线周期振动，焊接接头试样的动态载荷响应值介于全母材与全焊缝之间。用虚拟裂纹扩展方法计算的动态J积分与路径无关，惯性效应对动态J积分基本没有影响。低匹配焊接接头的动态J积分低于全母材而高于全焊缝。研究结果为承受动载的焊接结构安全评定奠定了基础。     

J-积分在镀层基体平面压痕边界开裂中的应用

当二维平端刚性压头作用在镀层基体的表面时,在镀层材料的表面形成一个平面压痕,同时在压痕的边界处将诱生奇异应力场和K-控制区。与裂纹问题类似,该应力场的平面压痕应力强度因子是描述奇异应力场应力集中程度的唯一参量。本文将利用守恒积分,讨论镀层基体平面压痕守恒积分的主要特征,同时给出镀层基体平面压痕应力强度因子的远场积分计算方法。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。