[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

摘要

本发明公开了一种含裂纹缺陷井口油管头四通安全评定计算方法，它能对应不同的装配方式产生的约束条件对油管头应力分布的影响，提高油管头四通应力分布有限元模拟计算值与实际构件应力分布的吻合度，进而能更加准确对含裂纹缺陷的油管头四通进行安全评定，进而精确判断其临界安全尺寸。在裂纹缺陷评定过程中，用最大主应力代替裂纹面的垂直拉应力计算应力强度因子，则评定结果更为安全合理，使获得的裂纹临界安全尺寸更具实际工程应用意义。

主权项

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σs、抗拉强度σb、断裂韧度JIC；（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σ1max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KI：  （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KIC，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KC：  （3）  （4）（6）将计算获得裂纹体上的应力强度因子KI与评定用的材料断裂韧性KC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KI近似评定用的材料断裂韧性KC时的裂纹缺陷尺寸。