基于XFEM的管道表面裂纹环向扩展数值模拟

作     者：陈飞 丁宁 王馨怡 张帆 刘艳军 CHEN Fei;DING Ning;WANG Xin-yi;ZHANG Fan;LIU Yan-jun

作者机构：中石化川气东送天然气管道有限公司湖北武汉430070 西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500 

出 版 物：《材料保护》 (Materials Protection)

年 卷 期：2022年第55卷第12期

页      面：47-54,78页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

主　　题：圆形表面裂纹 环向裂纹 XFEM 裂纹扩展 拉伸位移 最大应力 

摘      要：为研究表面环向裂纹缺陷对管道的影响,基于扩展有限元法(XFEM),运用有限元软件ABAQUS,针对含环向圆形表面裂纹的X60钢管道的裂纹扩展规律进行了数值模拟研究,并探讨了裂纹所处位置、内压以及裂纹初始大小不同的情况下对表面裂纹环向扩展的影响,对仅在内压作用下含裂纹缺陷管道的最大应力、管道裂纹扩展启裂及穿透时的拉伸位移进行分析。结果表明:管道所受最大应力处于裂纹尖端位置,裂纹扩展后该处应力有所下降;仅在内压作用下,内压越大则含环向裂纹管道的最大应力呈线性增长,裂纹初始大小及裂纹所处位置对仅内压条件下含环向裂纹管道的最大应力的影响较小;在轴向位移作用下,裂纹初始大小对裂纹扩展时的位移有显著影响,裂纹启裂及穿透管壁时管道的轴向位移随裂纹增大而迅速下降,裂纹在一定大小范围内,内壁裂纹启裂及穿透管壁时的管道轴向位移小于外壁裂纹,此时内壁裂纹更为危险,当裂纹增大至一定程度后,外壁裂纹更危险。