[发明专利]一种管道裂纹扩展驱动力计算方法及系统

权利要求书

1.一种管道裂纹扩展驱动力计算方法，其特征在于，包括，

在预先建立的管道的有限元模型中设置相应的弹塑性本构关系，并设置拉伸载荷及边界条件；所述边界条件包括对称约束和固定约束；

对所述有限元模型划分网格，设置裂纹和输出参量，进行有限元计算，并在所述有限元计算后提取数据；

通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到第一无量纲系数；所述第一无量纲系数取决于裂纹尺寸和材料性能，是与修正的极限载荷解相关的参数；

根据所述第一无量纲系数，计算得到裂纹扩展驱动力。

2.根据权利要求1所述的管道裂纹扩展驱动力计算方法，其特征在于，

所述通过所述有限元模型模拟得到的数据，计算得到第一无量纲系数，具体包括：

通过所述有限元模型模拟以获取不同裂纹长度比2c/πD、裂纹深度比a/t、管道径厚比D/t和硬化指数n情况下的第一无量纲系数λ数据，计算得到第一无量纲系数；

其中，c为裂纹半长度；D为管道外径；a为裂纹深度；t为管道壁厚。

3.根据权利要求2所述的管道裂纹扩展驱动力计算方法，其特征在于，

所述通过所述有限元模型模拟以获取不同裂纹长度比2c/πD、裂纹深度比a/t、管道径厚比D/t和硬化指数n情况下的第一无量纲系数λ数据，计算得到第一无量纲系数，具体包括：

获取不同裂纹长度比2c/πD、裂纹深度比a/t、管道径厚比D/t和硬化指数n情况下的第一无量纲系数λ数据；

通过参数化分析，构建第一无量纲系数λ的表达式：

使用Levenberg-Marquardt法对所述第一无量纲系数λ的表达式进行多项式拟合，得到第一无量纲系数λ的表达式中各拟合系数值；

将所述各拟合系数值代入第一无量纲系数λ的表达式中，得到所述第一无量纲系数λ的计算公式；

根据所述第一无量纲系数的计算公式，计算得到第一无量纲系数。

4.根据权利要求3所述的管道裂纹扩展驱动力计算方法，其特征在于，

所述第一无量纲系数λ的表达式中各拟合系数值为：

β₀＝1.1002，β₁＝0.0684，β₂＝0.0082，β₃＝0.1865，β₄＝2.6559，β₅＝0.0289，β₆＝1.6237，β₇＝0.0003，β₈＝0.4599，β₉＝0.5851，β₁₀＝0.4302；

所述第一无量纲系数λ的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的管道裂纹扩展驱动力计算方法，其特征在于，

所述根据所述第一无量纲系数，计算得到裂纹扩展驱动力，具体包括：

根据所述第一无量纲系数λ，计算参考应力σ_ref；所述参考应力σ_ref的计算公式为：

σ_ref＝σ/λ；

其中，σ是远端施加应力；

根据所述参考应力σ_ref，计算得到对应于σ_ref的参考应变ε_ref；根据所述参考应力σ_ref与参考应变ε_ref计算得到裂纹扩展驱动力；

参考应变ε_ref计算公式为：

裂纹扩展驱动力计算公式为：

其中，α是硬化常数，σ₀为屈服强度，ε₀为屈服应变，n为应变硬化指数；

J_el为J积分的弹性部分，E为杨氏模量，K_I为I型应力强度因子。