（1.武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430074；

2.中国石化股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430082）

圆柱壳内曲面椭圆裂纹应力强度因子数值计算

（1.武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430074；

2.中国石化股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430082）

采用节点法，在裂纹前沿设置三维奇异单元，建立了求解圆柱壳内埋曲面椭圆裂纹应力强度因子的断裂力学有限元模型.对裂纹前沿各点应力强度因子进行了分析，得出了应力强度因子的变化曲线并确定了最大应力强度因子所在位置为出现氢腐蚀分层现象的化工设备的安全评估提供了重要的依据.

氢腐蚀；节点奇异单元；曲面椭圆裂纹；应力强度因子；有限元法

0 引 言

某石化公司在设备检修时，发现一换热器的壳体内表面多处存在着交叉裂纹，裂纹处的表面有突起现象，如图1所示.将此处取样并沿厚度方向剖开，发现在壳体中面附近已产生严重的分层情况，如图2所示.由于石化行业许多设备处于湿硫化氢环境中，会发生氢腐蚀破坏：氢进入钢中与碳结合生产甲烷，甲烷气体的聚集会在局部产生很大压力从而造成壳体分层［1－2］，图2所示的情况就是氢腐蚀引起的分层现象.为便于对这种氢腐蚀分层现象进行断裂力学分析，可将其简化为壳体壁厚方向中面内的曲面椭圆形裂纹，如图3所示.从换热器壳体取样试件看到，随着中面处椭圆裂纹面的增大，筒体的内表面发生突起现象，内表面上的交……