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.