《表5 X56管道的疲劳裂纹扩展及循环次数》

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《X56海底管道在腐蚀环境下疲劳裂纹扩展过程预测》

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fatigue cracks

前文使用ABAQUS求解C（T）试样的应力强度因子幅值，并将结果与试验值进行比较发现，有限元分析能够获得较好的结果。因此本工作采用ABAQUS有限元分析软件对带裂纹管道进行建模分析。使用有限元软件模拟海底管道裂纹扩展过程时，可将管道裂纹扩展过程分成若干个阶段，以某一阶段结束时的裂纹扩展速率来预测该阶段的裂纹扩展寿命，然后将各个阶段的疲劳寿命进行累加，最终计算出总的剩余寿命，这种方法称为近似积分法。管道疲劳裂纹扩展过程中沿切向和径向两个方向均有扩展行为且扩展速率不同，如图5b所示。有限元模型的建立需要计算出这两个方向的裂纹扩展前沿的应力强度因子值，再利用Pairs公式计算出不同方向的裂纹扩展速率及速率之比。根据切向和径向速率之比，可将管道疲劳裂纹切向和径向的尺寸一一对应。由于裂纹尖端会出现应力奇异性，因此对管道裂纹采用围线积分技术进行模拟时需要采用15节点叠折奇异单元。除了裂纹前沿区域以外，其他区域均采用20节点六面体来划分模型。有限元模拟加载和边界条件尽量与试验保持一致。腐蚀疲劳裂纹扩展过程中，裂纹沿管道径向和切向均会发生扩展且扩展速率不同。以X56-S-2试样为例，带裂纹管道需要建立两个方向上不同裂纹长度的有限元模型进行分析，其不同裂纹长度所对应的应力强度因子幅值如表5所示。