含缺陷不锈钢厚壁弯管的塑性性能分析

 就极限荷载的研究情况看，光滑弯管的极限荷载研究已取得了一些进展，但对含半椭圆裂纹这种常见平面型缺陷不锈钢弯管的塑性极限荷载研究则相对较少。工程经验表明对于小尺寸、韧性好的管件，失效形式往往是塑性失稳破坏。为了保证管件安全运行，允许弯管中存在一定的塑性变形，弯管发生塑性失稳破坏的临界状态应由极限荷载判定。弯管内压力是最主要的荷载形式，在内压作用下，表面缺陷的存在会使弯管的塑性极限荷载被削弱，降低了弯管的整体承载能力。

 在压力管道缺陷评定技术中，对含缺陷弯管极限荷载的研究同样是一项十分重要的课题。对结构上的缺陷进行评定时需要用到四个参数，材料断裂韧性、应力强度因子（SIF)、外荷载和极限荷载。这四个参数中，断裂韧性是材料常数，外荷载由实际工况确定，只有极限荷载和应力强度因子与弯管结构尺寸、缺陷类型和尺寸密切相关，知道了这四个参数，就可以利用FAC的双判据（塑性失稳和脆性断裂）对含裂纹结构进行安全评定。

 本章主要对含半椭圆表面裂纹的不锈钢厚壁弯管进行了塑性有限元分析。首先介绍了有限元材料非线性分析基础，给出了本书研究所用的材料模型、荷载施加方法和非线性求解设定等内容；给出了光滑弯管极限荷载的解析解，然后详细介绍了有限元分析中极限荷载的确定方法，并对单一内压作用下光滑弯管的极限荷载进行验证，证明本书所采用的计算方法是正确的；计算了含半椭圆裂纹厚壁弯管的塑性极限荷载并研究了其随k、R./R;、c/a、c/t的变化规律，得到弯管弯曲程度越低、壁越厚、裂纹越浅、半椭圆裂纹形状越圆时极限荷载越大的结论。然后分析了与弯管相连的直管段无量纲长度对限荷载的影响，发现与以上四个参数相比，L/D 参数的影响可以忽略不计；详细分析了含半椭圆裂纹弯管随内压荷载增大塑性区的发展过程及在极限荷载作用下的失效模式，得出结论：裂纹前缘自由表面附近区域首先局部屈服但不形成塑性铰，应力重分布后塑性区向着弯管轴向和壁厚方向扩展，最后弯管的失效模式为整体失效。