含缺陷不銹鋼厚壁彎管的塑性性能分析

 就極限荷載的研究情況看，光滑彎管的極限荷載研究已取得了一些進展，但對含半橢圓裂紋這種常見平面型缺陷不銹鋼彎管的塑性極限荷載研究則相對較少。工程經驗表明對于小尺寸、韌性好的管件，失效形式往往是塑性失穩破壞。為了保證管件安全運行，允許彎管中存在一定的塑性變形，彎管發生塑性失穩破壞的臨界狀態應由極限荷載判定。彎管內壓力是最主要的荷載形式，在內壓作用下，表面缺陷的存在會使彎管的塑性極限荷載被削弱，降低了彎管的整體承載能力。

 在壓力管道缺陷評定技術中，對含缺陷彎管極限荷載的研究同樣是一項十分重要的課題。對結構上的缺陷進行評定時需要用到四個參數，材料斷裂韌性、應力強度因子（SIF)、外荷載和極限荷載。這四個參數中，斷裂韌性是材料常數，外荷載由實際工況確定，只有極限荷載和應力強度因子與彎管結構尺寸、缺陷類型和尺寸密切相關，知道了這四個參數，就可以利用FAC的雙判據（塑性失穩和脆性斷裂）對含裂紋結構進行安全評定。

 本章主要對含半橢圓表面裂紋的不銹鋼厚壁彎管進行了塑性有限元分析。首先介紹了有限元材料非線性分析基礎，給出了本書研究所用的材料模型、荷載施加方法和非線性求解設定等內容；給出了光滑彎管極限荷載的解析解，然后詳細介紹了有限元分析中極限荷載的確定方法，并對單一內壓作用下光滑彎管的極限荷載進行驗證，證明本書所采用的計算方法是正確的；計算了含半橢圓裂紋厚壁彎管的塑性極限荷載并研究了其隨k、R./R;、c/a、c/t的變化規律，得到彎管彎曲程度越低、壁越厚、裂紋越淺、半橢圓裂紋形狀越圓時極限荷載越大的結論。然后分析了與彎管相連的直管段無量綱長度對限荷載的影響，發現與以上四個參數相比，L/D 參數的影響可以忽略不計；詳細分析了含半橢圓裂紋彎管隨內壓荷載增大塑性區的發展過程及在極限荷載作用下的失效模式，得出結論：裂紋前緣自由表面附近區域首先局部屈服但不形成塑性鉸，應力重分布后塑性區向著彎管軸向和壁厚方向擴展，最后彎管的失效模式為整體失效。