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基于XFEM的管道表面裂纹环向扩展数值模拟

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材料保护 2022年第12期55卷 47-54,78页

作者：陈飞丁宁王馨怡张帆刘艳军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

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... 详细信息

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。

关键词：圆形表面裂纹环向裂纹 XFEM 裂纹扩展拉伸位移最大应力

基于计算机视觉的海冰识别及参数计算方法研究

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基于计算机视觉的海冰识别及参数计算方法研究

作者：蔡金延江苏科技大学

学位级别：硕士

随着全球气候变暖,北极航道逐渐开通,极地船舶的需求量日益增长,而海冰参数作为极地船舶设计制造过程中的关键参数,其重要程度不言而喻。但是由于极地环境恶劣,冰区图像数据获取十分困难,如何利用有限的数据来高效地获取海冰参数,成为... 详细信息

随着全球气候变暖,北极航道逐渐开通,极地船舶的需求量日益增长,而海冰参数作为极地船舶设计制造过程中的关键参数,其重要程度不言而喻。但是由于极地环境恶劣,冰区图像数据获取十分困难,如何利用有限的数据来高效地获取海冰参数,成为近年来极地船舶工程领域的热门话题。本文以海冰图像识别与参数提取为中心,根据对不同参数物理意义的深入探究和影响因素的仔细分析,进行相应的识别算法选择,进行极地海冰数据集的整理与标注,开展海冰实例分割的模型机器学习,探讨了经典理论模型和参数计算算法,引入了适用于极地环境海冰识别和参数计算的方法。本文首先介绍了实例分割模型的工作原理和网络结构,包括数据集的合理构建,图像特征的有效提取,训练参数的科学设置以及训练结果的准确检验。为准确识别海冰和提取海冰形状特征提供服务。用计算视觉和数字图像处理手段对实例分割结果进行图像处理,对海冰图像进行感兴趣区域提取和二值化处理,并提取楔形冰的环向裂纹,将裂纹上所有坐标点进行存储。考虑到随船观测图像中海冰尺寸不一,提出了适用于海冰环向裂纹拟合的算法,并对环向裂纹拟合结果和破冰参数的计算结构进行了分析和评价。此外,还根据海冰密集度计算需求,对数据集和训练参数进行了优化和改进。结合极地冰区的实拍图像进行了海冰密集度计算和海冰尺寸分布分析,检验了算法的可靠性,为船舶安全航行提供辅助决策。

关键词：海冰识别实例分割环向裂纹圆弧拟合海冰参数

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管土作用下海底悬跨管道裂纹断裂韧性研究

应用力学学报 2019年第6期36卷 1328-1333,I0005,I0006页

作者：唐毅马廷霞轩恒西南石油大学机电工程学院

运用断裂力学相关理论,考虑管道接触的非线性、管道内压、水流载荷等因素的影响,基于ABAQUS有限元软件对含环向裂纹悬跨管道进行了分析,并考虑不同管土接触边界条件、不同土质及不同土体刚度对管道裂纹应力强度因子的影响,得出了相应的... 详细信息

运用断裂力学相关理论,考虑管道接触的非线性、管道内压、水流载荷等因素的影响,基于ABAQUS有限元软件对含环向裂纹悬跨管道进行了分析,并考虑不同管土接触边界条件、不同土质及不同土体刚度对管道裂纹应力强度因子的影响,得出了相应的应力强度因子值。结果表明:以等效弹簧模拟管道和土体的接触更符合管道实际受力情况;土壤特性对悬跨管道环向裂纹应力强度因子有一定影响,较软土质应力强度因子大于较硬土质;管土接触边界对悬跨管道环向裂纹影响很大,不同接触边界的应力强度因子差值范围在25%~55%之间。

关键词：悬跨管道环向裂纹应力强度因子边界条件管土相互作用

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玻璃钢管试压渗漏的原因

机械工程材料 2019年第9期43卷 83-86页

作者：毛学强李循迹常泽亮张文乐王鹏齐国权中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院库尔勒841000 中国石油塔里木油田分公司开发事业部库尔勒841000 中国石油集团石油管工程技术研究院西安710065

国内某油田地面集输系统用玻璃钢管在现场试压过程中发生渗漏事故,通过宏观形貌观察、壁厚测量、玻璃化转变温度测试、树脂含量测试、静水压试验、短时失效压力试验、微观形貌观察等对其失效原因进行了分析。结果表明:在以弯曲应力为主... 详细信息

国内某油田地面集输系统用玻璃钢管在现场试压过程中发生渗漏事故,通过宏观形貌观察、壁厚测量、玻璃化转变温度测试、树脂含量测试、静水压试验、短时失效压力试验、微观形貌观察等对其失效原因进行了分析。结果表明:在以弯曲应力为主导的外力作用下,玻璃钢管外壁加厚过渡区出现大量环向裂纹,从而降低了玻璃钢管的整体承内压能力,导致在现场试压过程中发生渗漏事故;玻璃钢管外表面的玻璃化转变温度偏低,说明其外表面的固化度较低,性能较差,这促进了管外壁环向裂纹的出现。

关键词：玻璃钢管渗漏弯曲应力环向裂纹

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超高强铝合金盘型件开裂原因分析

失效分析与预防 2023年第6期18卷 394-399页

作者：李昂张毅陈开媛吴福高蔚核工业理化工程研究院天津300180 国防科技工业核材料技术创新中心天津300180 粒子输运与富集技术重点实验室天津300180

超高强铝合金盘型件在运行1.5月后盘体边缘发生开裂。通过裂纹宏微观形貌观察、化学成分检验、局部力学性能测试、服役应力有限元模拟、显微组织分析等手段,确定盘型件的开裂原因。结果表明:裂纹附近区域化学元素含量满足技术规范要求;... 详细信息

超高强铝合金盘型件在运行1.5月后盘体边缘发生开裂。通过裂纹宏微观形貌观察、化学成分检验、局部力学性能测试、服役应力有限元模拟、显微组织分析等手段,确定盘型件的开裂原因。结果表明:裂纹附近区域化学元素含量满足技术规范要求;裂纹局部径向拉伸性能满足零件服役需求,裂纹附近区域的金相组织未见明显异常,超高强铝合金盘型件的热处理工艺满足材料技术条件要求;盘型件断口的断裂特征为沿晶断裂;起裂部位靠近盘体内表面;O、Fe夹杂物的聚集是造成运行条件下盘体裂纹萌生并扩展的主要原因。

关键词：超高强铝合金环向裂纹盘型件夹杂物沿晶断裂特征

破冰船首部与侧部接触加载工况下海冰弯曲破碎过程

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船舶 2023年第3期34卷 107-114页

作者：刘振冲潘传飞王丽芸王译鹤上海中船船舶设计技术国家工程研究中心有限公司上海201114 浙江大学海洋研究院舟山310014

在破冰船对海冰接触加载过程中,海冰会发生以径向和环向开裂为表现形式的弯曲破碎过程。海冰首先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程与海冰首先环向开裂的弯曲破碎过程将导致不同的冰载荷,因此,明确不同接触加载工况下的海冰弯曲破碎过... 详细信息

在破冰船对海冰接触加载过程中,海冰会发生以径向和环向开裂为表现形式的弯曲破碎过程。海冰首先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程与海冰首先环向开裂的弯曲破碎过程将导致不同的冰载荷,因此,明确不同接触加载工况下的海冰弯曲破碎过程是理论计算冰载荷的前提条件。文章针对破冰船首部与海冰直线边界接触加载、破冰船首部与海冰凹进边界接触加载,以及船侧部与海冰直线边界接触加载这3类工况,采用弹性地基薄板理论,对控制方程进行归一化处理,并通过有限元法求解归一化控制方程,分析不同工况参数下的海冰弯曲破碎过程,得到上述3类工况下的海冰弯曲破碎过程判断依据。分析结果表明:当船体与海冰接触区域尺寸较大且冰厚较小易发生先环向开裂的弯曲破碎过程,反之则易发生先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程。

关键词：破冰船冰载荷弯曲破碎径向裂纹环向裂纹有限元法

热冲击下基于非傅里叶热传导对含环向裂纹轴对称问题的力学分析

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热冲击下基于非傅里叶热传导对含环向裂纹轴对称问题的力学分析

作者：张春雨南京理工大学

学位级别：硕士

传统的傅里叶定律在实际生活中的应用由来已久,由于科学技术的高速发展,实际工程中出现了如超短脉冲激光、微波热源作用下的众多超急速、非常规热传导问题,使傅里叶定律中隐喻的热量传播速度无穷大的假设不再适用,并且很多学者也在众多... 详细信息

传统的傅里叶定律在实际生活中的应用由来已久,由于科学技术的高速发展,实际工程中出现了如超短脉冲激光、微波热源作用下的众多超急速、非常规热传导问题,使傅里叶定律中隐喻的热量传播速度无穷大的假设不再适用,并且很多学者也在众多介质中观察到了非傅里叶导热现象。本文主要是基于非傅里叶热传导理论对热冲击下带环向裂纹的轴对称问题的研究,在得到轴对称问题的温度分布规律后,进一步计算其裂纹尖端的应力强度因子,并分析非傅里叶效应产生的影响。对轴对称非傅里叶温度场解析解的求解非常繁琐,大多都是采用积分变换的方法,而数值分析法能够解决相对复杂的模型,具有方便和高效的优点。因此本文对单相延迟双曲型热传导方程,在空间上利用四边形八节点等参单元和退变的三角形奇异单元离散,采用Newmark法可完成时间域上的离散;将得到的温度响应作为热载荷,采用有限元法求解得到位移和应力强度因子。由于目前商业仿真软件中对非傅里叶热传导问题不能分析,结合断裂力学的基本理论,本文独自编写了热冲击下带环向裂纹的轴对称问题力学分析的有限元程序。首先,以不带裂纹的空心圆柱为例,主要研究相位延迟参数对非傅里叶温度场的影响,经分析表明,相较于传统的傅里叶导热模型,空心圆柱温度响应具有明显的波动效应,且相位延迟参数越大,波动效应越显著,且振幅也越大,但随着时间的增加,温度场逐渐达到稳定。最后,以带内壁环向裂纹和环向斜裂纹的空心圆柱为例,分析了应力强度因子随裂纹长度、相位延迟参数和裂纹倾斜角的变化规律,发现裂纹长度增长和相位延迟参数的增大,都会导致应力强度因子变大;裂纹倾角的增加,K(Ⅰ型裂纹应力强度因子)会逐渐增大,K(Ⅱ型裂纹应力强度因子)会随裂纹倾角的增加而减小。

关键词：非傅里叶热传导轴对称问题环向裂纹应力强度因子有限元法

甲基硅油生产用塔顶冷凝器换热管失效原因分析

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有机硅材料 2023年第4期37卷 41-45页

作者：邓培希罗伟陈进罗平四川晨光工程设计院有限公司成都610041

结合低黏度甲基硅油项目中DM2塔顶冷凝器的实际情况,系统开展了其失效分析工作,解析了奥氏体不锈钢硅油冷凝器换热管开裂的原因。为实现设备的长周期稳定运行,提出了包含更换冷却器换热管材质、修改工艺流程、改善循环水水质、在硅油入... 详细信息

结合低黏度甲基硅油项目中DM2塔顶冷凝器的实际情况,系统开展了其失效分析工作,解析了奥氏体不锈钢硅油冷凝器换热管开裂的原因。为实现设备的长周期稳定运行,提出了包含更换冷却器换热管材质、修改工艺流程、改善循环水水质、在硅油入口处增设防冲挡板等措施在内的优化建议。

关键词：换热管变形环向裂纹 Cl-应力腐蚀

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椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子分析方法

工程力学 2011年第11期28卷 197-201页

作者：王伟蔡永梅谢禹钧中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266555 辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001

应力强度因子是断裂力学中一个重要的参量。基于虚功原理和弯曲理论,利用裂纹非自发扩展的能量释放率,即G*-积分理论分析求解了椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子问题,给出了椭圆形截面管裂纹张开能量释放率的G*-积分表征,得出不同载荷... 详细信息

应力强度因子是断裂力学中一个重要的参量。基于虚功原理和弯曲理论,利用裂纹非自发扩展的能量释放率,即G*-积分理论分析求解了椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子问题,给出了椭圆形截面管裂纹张开能量释放率的G*-积分表征,得出不同载荷作用下椭圆形截面管环向裂纹应力强度因子的具体表达式。通过将其结果与有限元分析所得结果的比较,表明该方法最大的特点是能够给出封闭解,且计算简单。

关键词：断裂力学应力强度因子椭圆形截面管环向裂纹有限元