何家胜，魏 卫，朱晓明，陈 伟，张 林，杨 峰

（1.武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430074；2.中国石油化工股份有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430082）

0 引 言

法兰连接是炼油装置中连接设备与管路的常见元件.由于炼油过程中腐蚀性介质的影响，接管与法兰连接处环焊缝高应力区容易发生开裂，给管路运行造成重大安全隐患.对于这种情况往往只能采取临时补焊或整体打包等方式进行处理，如图1、2所示.为了确保装置的长周期安全运行，有必要对含裂纹的法兰接管情况进行断裂力学参数分析，为装置的安全评定提供参考依据.

图1 补焊处理的接管法兰Fig.1 The welded nozzle flange

图2 整体打包处理的接管法兰Fig.2 The overall packaged nozzle flange

下面利用有限元方法对法兰接管组合结构环焊缝处的应力强度因子进行分析.

1 含裂纹的法兰接管有限元分析

1.1 概 述

裂纹应力强度因子的计算方法有三大类：解析法、数值法和实验方法.解析法只能计算简单裂纹，对于复杂结构的裂纹难以获得精确解析解［1－3］.实验方法是能解决一些较复杂的裂纹问题，但是实验法在裂纹模型预制和裂纹前沿多点数据测量上还存在不足［4］.数值方法中的三维有限元法以其强大的模拟和数值计算功能已经被广泛用于应力强度因子的计算［5－10］.

设r为裂纹尖端附近某点到裂纹尖端的距离，因裂纹尖端应力的各个分量都与成反比，当r趋近于0时，在裂纹尖端，应力的各个分量都会趋于无穷大，如图3所示，这种特性就叫做应力奇异性.

图……