Сравнение критериев моделирования разрушения трубопроводов методом конечных элементов
Аннотация
Работа посвящена методике моделирования разрушения магистральных трубопроводов. Применение современных вязких трубных сталей не решает полностью проблему
хрупкого разрушения этих конструкций, поскольку стремление увеличить толщину стенки
и рабочее давление, а также необходимость использовать трубы в холодном климате сдви-гают разрушение в сторону хрупкого но, естественно, не делают его полностью хрупким
и требуют применения подходов нелинейной механики разрушения.
Моделирование разрушения при образовании длинных магистральных трещин–
должно учитывать силы инерции частей трубы, приходящих в движение при раскрытии
трещины, а также возможность падения давления в трубе при потере ею герметичности. Эти
особенности задачи могут быть смоделированы в конечно-элементном пакетеLS-DYNA.
ОднакоLS-DYNA предлагает ограниченный набор критериев разрушения, в который не
входят классические критерии нелинейной механики разрушения. Задачей работы являет-ся подбор критерия, реализованного в программеLS-DYNA и в то же время достаточно
хорошо согласующегося с экспериментальными данными.
В качестве такого критерия рассмотрен ресурс пластичности при условии, что пласти-ческая деформация перед вершиной трещины вычисляется с помощью процедуры взвешенного усреднения по некоторому представительному объему, исключающей влияние
размеров конечных элементов на результат. Подобраны параметры весовой функции, при
которых нагрузка начала движения трещины, определяемая с помощью модели вязкого
материала, совпадает с нагрузкой, определяемой через параметры нелинейной механики
разрушения. Показано, что задача подбора параметров является плохоопределенной. Тем
не менее найденные значения параметров в дальнейшем позволят выполнить расчет динамического распространения длинных продольных трещин в трубах с учетом эффектов,
рассматриваемых программойLS-DYNA – сил инерции материала стенок трубы, скоро-сти распространения волны возмущения в газе или жидкости, заполняющих трубу, декомпрессии.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Nordhagen H., Dumoulin S., Gruben G. Main Properties Governing the Ductile Fracture Velocity in Pipelines: A Numerical Study Using an (Artificial Fluid) – Structure Interaction Model. Procedia
Materials Science, 2014, vol. 3, pp. 1650–1655.
Scheider I., Nonn A., Völling A., Mondry A., Kalwa C. A Damage Mechanics based Evaluation of
Dynamic Fracture Resistance in Gas Pipelines. Procedia Materials Science, 2014, vol. 3, pp. 1956–1964.
Leis B.N. Arresting propagating shear in pipelines. Steel in Translation, 2015, vol. 45, iss. 1,
pp. 1–17. DOI: 10.3103/S096709121501009X
Jayadevan K.R., Østby E., Thaulow C. Fracture response of pipelines subject to large plastic deformation under bending. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2005, no. 82, pp. 201–215.
Rahman S. A stochastic model for elastic-plasticfracture analysis of circumferential throughwall-cracked pipes subject to bending. Engineering Fracture Mechanics, 1995, vol. 52, no. 2, pp. 265–288.
Pussegoda L.N., Verbit S., Dinovitzer A., Tyson W., Glover A., Collins L., Carlson L., Beattie J.
Review of CROTA as a measure of ductile fracture toughness. International Pipeline Conference, 2000,
vol. 1, pp. 247–254.
Vinogradov O.P., Gusev M.A., Il'in A.V. [Development of methods for determining critical
crack opening angle CTOA as the backbone of resistance characteristics of ductile fracture of metal
pipes]. Voprosy materialovedeniya [Materials Questions], 2012, vol. 2 (70), pp. 150–160.
Chang-Kyun Oh,Yun-JaeKim, Jong-Hyun Baek, Woo-sik Kim, Development of stress-modified
fracture strain for ductile failure of API X65 steel. Int J Fract, 2007, no. 143, pp. 119–133.
Abakumov A.I., Abdullin M.F., Mel'tsas V.Yu.,Portnyagina G.F, Ryzhukhin M.S., Smolyakov A.A., Arabey A.B., Nesterov N.B. [Numerical modeling of the main cracks in pipelines]. Nauka i
tekhnika v gazovoy promyshlennosti[Science and technology in the gas industry], 2009, №1, pp. 42–49.
Tyson W.R. Fracture Control for Northern Pipelines. Damage and Fracture Mechanics, Springer Publ., 2009, pp. 237–244.
Alekseev A.A. [Branching cracks in the destruction of large metal structures]. Problemy
sovremennoy nauki i obrazovaniya[Problems of Modern Science and Education], 2014, no. 9 (27),
pp. 15–16.
Reza H.T. Numerical simulation of dynamic brittlefracture of pipeline steel subjected to
DWTT using XFEM-based cohesive segment technique. Fratturaed Integrità Strutturale, 2016,
no. 36 (2016), pp. 151–159.
Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications. Second Ed. New York, Spon Press, 2004.
p.
Pestrikov V.M., Morozov E.M. Mekhanika razrusheniya tverdykh tel: kurs lektsiy[Fracture
mechanics of solids: lectures], St. Petersburg, Profession, 2002. 320 p.
Moes N., Dolbow J., Belytschko T. A finite element method for crack growth without remeshing.
International journal for numerical methods in engineering, 1999, no. 46, pp. 131–150.
Song J.-H., Wang H., Belytschko T. A comparatives tudyonfiniteelement methods for dynamic
fracture. Comput Mech, 2008, no. 42, pp. 239–250.
Gokhfel'd D.A., Getsov L.B., Kononov K.M. Mekhanicheskie svoystva staley i splavov pri nestatsionarnomnagruzhenii. Spravochnik[Mechanical properties of steels and alloys in unsteady loading.
Directory]. Ekaterinburg: Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 1996. 408 p.
Timashev S.A., Cherniavsky O.F., Rebyakov Yu.N. Experimental assessment of material
strength of twooperatingmain oil pipelines. ASME Pressure Vesselesand Piping Conference, 2003, Vol. 464,
pp. 141–145.
Kolmogorov V.L. Mekhanika obrabotki metallovdavleniem [Mechanics of metal forming].
Ekaterinburg, Publishing House Ural STU, 2001. 836 p.
LS-DYNA R9.0 keyword user's manual. Vol. II.Livermore Software Technology Corporation,
Livermore, California, 2016. 2682 p.
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.