彭 俊 李惠荣

（大连理工大学化工机械学院)

理论研究

内压作用下含内表面环向裂纹弯管的应力强度因子和极限载荷

彭 俊*李惠荣

（大连理工大学化工机械学院)

应用大型有限元软件ANSYS对在内压作用下含内拱内表面环向裂纹弯管的应力强度因子和极限载荷进行研究。计算出不同尺寸弯管的应力强度因子和极限载荷并加以分析，其结果可供工程安全评定使用。

弯管 有限元分析 应力强度因子 极限载荷 裂纹

Abstract：It investigated the ultimate load and stress intensity factor of circum ferential annular cracks in bend pipe under internalpressure by the finite elementprogram ANSYS.The stress intensity factorand ultimate load with the differentsizesofbend pipe have been calculated and analyzed.The resultcan be used in the engineering safety assessment.

Key words:Bend pipe;Finite elementanalysis;Stress intensity factor;Ultimate load;Crack

弯管在管道系统中起着重要作用，它能够通过弹性变形吸收系统中因热膨胀等因素产生的力和弯矩[1]，因此弯管的受力情况复杂，容易产生缺陷，对其进行断裂评定十分必要。应力强度因子KI和极限载荷是断裂评定的关键参量。本文应用大型有限元软件ANSYS，建立含内拱内表面环向裂纹的光滑弯管模型，计算其在内压作用下的应力强度因子KI和极限载荷并加以分析，以满足工程实际断裂分析的需要。

1 计算模型的建立

1.1 材料性能及弯管参数

选用工程上最多见的R/Do=1.5的弯头进行分析。由弯管的结构尺寸、载荷状况的对称性，以通过弯管轴线和内外拱线的纵向截面将弯管剖分为二，取其1/2结构作为计算模型。材料为20钢，弹性模量E=2.1×105MPa，泊松比μ=0.3，弯曲半径R=525mm，外径D=400mm。与弯头相连的直管长度取为三倍的弯头直径(L=3 Do)，此时直管对弯头的塑性极限载荷影响已基本趋于稳定。管壁厚度δ分别取16、20、25、30、40mm，裂纹长度通过 θ/π 表示， θ/π 分别取为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5，裂纹深度以a/δ表示，分别取为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 和 0.9。……