[发明专利]一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法

权利要求书

1.一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）确定油管头四通的几何尺寸，由裂纹实际位置、形状和尺寸按规定进行缺陷的规范化，并得到相应的表征裂纹尺寸a、c；

（2）确定油管头的相关材料参数，包括：弹性模量E、泊松比υ、屈服强度σ_s、抗拉强度σ_b、断裂韧度J_IC；

（3）有限元模拟：利用有限元软件ABAQUS建立油管头四通的有限元模型；其中，第一纵向面（D）和第二纵向面（H）沿Y方向延伸，横向面（I）沿X方向延伸，Z方向分别与X方向和Y方向垂直设置；准确设置油管头四通的边界约束条件，对于对称边界而言，在第一纵向面（D）、第二纵向面（H）和横向面（I）设置其垂直方向上的对称约束；对于法兰约束而言，限制由外向内的第一法兰端面（A）、第二法兰端面（B）、第三法兰端面（C）的垂直方向上的位移；对于卡箍连接约束而言，限制由外向内的第一卡箍端面（E）、第二卡箍端面（F）垂直方向上的位移，限制卡箍曲面（J）的垂直平面位于Y、Z方向上的位移，约束卡箍斜曲面（K）的X、Y、Z方向上的位移；通过有限元软件计算获得含裂纹油管头四通的应力分布数据；

（4）由于结构件中的裂纹属于三维Ⅰ型表面裂纹，此时油管头四通上裂纹体处于多轴应力状态，选取裂纹体上的最大主应力σ_1max作为裂纹平面上的拉应力σ进行计算,根据断裂力学理论，井口油管头四通由裂纹引起的断裂属于脆性断裂，由公式(1)计算油管头四通裂纹体上的应力强度因子K_I：

（1）

其中，裂纹为表针椭圆，F由公式（2）求得：

（2）

（5）由公式（3）计算材料的临界应力强度因子K_IC，对断裂韧性取0.5倍的分安全系数，如公式（4）所示，得评定用的材料断裂韧性K_C：

（3）

（4）

（6）将计算获得裂纹体上的应力强度因子K_I与评定用的材料断裂韧性K_C进行对比，判定此尺寸的裂纹体的安全性；

（7）改变油管头四通上预置裂纹的尺寸，重复步骤（3）~（6），求得裂纹体上的应力强度因子K_I近似评定用的材料断裂韧性K_C时的裂纹缺陷尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法，其特征在于：步骤（1）中的表征裂纹为将裂纹等效为长半轴为c，短半轴为a的半椭圆裂纹。

3.根据权利要求1所述的一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法，其特征在于：所述油管头四通的有限元模型为1/8含裂纹缺陷井口油管头四通模型。

4.根据权利要求1所述的一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法，其特征在于：所述步骤（3）中的裂纹平面（G）与对称平面的第一纵向面（D）具有奇异性，在裂纹平面（G）上不设置任何约束条件。