[发明专利]一种实际含裂纹结构断裂韧性的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构性能评定方法，特别涉及一种实际含裂纹结构断裂韧 性的确定方法。

背景技术

在目前的结构完整性评定中，一般用深裂纹高拘束的标准试样测得的材料 断裂韧性下限值对实际结构的安全性进行评定。然而，大量实验和研究表明， 材料的断裂韧性受试样/结构几何、裂纹尺寸和加载方式等因素的影响，这种影 响通常被称为“拘束效应”，拘束的增加导致材料断裂韧性的降低。在实际压 力容器、管线等结构中，缺陷一般为低拘束的表面浅裂纹，如用高拘束试样测 得的断裂韧性下限值评定实际结构中低拘束的裂纹，将产生过于保守的结果； 反之，用其评定实际结构中个别拘束很高的裂纹，可能产生非保守的结果。因 此，为了进行准确的缺陷安全性评定和寿命预测，需要在结构完整性评定中纳 入拘束效应，准确测量不同结构的断裂韧性。

在目前的结构完整性评定中，往往寻找与实际结构拘束度相匹配的实验室 试样，通过测量实验室试样断裂韧性的方法来确定结构的断裂韧性。这种方法 不能直接对结构的断裂韧性进行测量，且未必能找到拘束度相匹配的实验室试 样。

发明内容

本发明是针对目前的结构完整性评定中确定结构的断裂韧性困难的问题， 提出了一种确定实际含裂纹结构断裂韧性的方法。可准确获得不同含裂纹结构 的断裂韧性，为准确的结构完整性评定提供技术基础。

本发明的技术方案为：一种实际含裂纹结构断裂韧性的确定方法，具体包 括如下步骤：

1)结构中所用材料的断裂韧性J_C与统一拘束参数A_p关联线的确定：

首先，根据ASTME1820标准，选择一定尺寸的试样作为标准试样，再选择至少 一组非标准尺寸试样，对选择的试样进行断裂力学实验，测量试样的断裂韧性 J_C；

然后，对所选试样建立有限元模型，计算不同试样断裂韧性所对应的裂纹尖端 PEEQ＝0.2或0.3等值线所围面积A_PEEQ；

最后，选用上述标准试样测量的断裂韧性J_C及其对应的等值线所围面积A_PEEQ作为参考断裂韧性值J_ref和参考面积值A_ref，以不同试样无量纲化后的断裂韧性J_C/J_ref为纵坐标，以不同试样无量纲化后的等值线所围面积A_PEEQ/A_ref的平方根为横坐标作图,A_p＝A_PEEQ/A_ref,即可得到

关联线；

2)实际工况下含裂纹结构中J积分与统一拘束参数A_p关联线的确定：

建立实际工况下含裂纹结构的有限元模型，计算实际结构中裂纹尖端J积分与PEEQ＝0.2或0.3等值线所围面积A_PEEQ，以上述中所选J_ref与A_ref作为参考对至少两组J积分与对应的A_PEEQ进行无量纲化，得到实际结构中裂纹尖端J积分与PEEQ等值线所围面积之间的关联线：

3)实际结构断裂韧性的确定：

在同一个坐标系中绘制两条直线：与其交点即为结构失效点，交点的纵坐标乘以J_ref所得数值即为实际结构的断裂韧性。

本发明的有益效果在于：本发明确定实际含裂纹结构断裂韧性的方法，通 过有限元模型，实现实际含裂纹结构断裂韧性的确定。其成本低、简单可靠， 便于工程实践中应用，为准确的结构完整性评定提供依据。

附图说明

图1为本发明举例中三点弯曲试样的尺寸及加载示意图；

图2为本发明通过实验得到的A508的线图；

图3为本发明管道的几何尺寸与裂纹尺寸示意图；

图4为本发明实际结构断裂韧性的确定示意图。

具体实施方式

确定实际含裂纹结构断裂韧性的方法具体步骤包括：

1、结构中所用材料的断裂韧性J_C与统一拘束参数A_p关联线的确定：