﻿ 裂纹圆管弯曲承载能力研究
 舰船科学技术  2001, Vol. 44 Issue (6): 80-83    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.06.017 PDF

Research on bending capacity of cracked circular pipes
SHEN Zhi-yuan, LIU Jing-xi, YU Zi-xian, ZENG Yang
School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
Abstract: In this paper, the mechanical properties of cracked pipes under bending load are studied based on experiment and finite element simulation. Firstly, the ultimate loads of cracked pipes with different crack lengths and different crack orientations are investigated by three-point bending test. Then, the finite element simulation method is used to compare with the experimental results, and the influence of the crack size and the impactor size is calculated. The results show that with the increase of crack length, the bearing capacity and local deformation of the cracked pipe decrease. When the crack angle is , it is the most dangerous working condition, and when the crack angle is , it is the most safe working condition. The impact location and geometric parameters of the impactor will change the contact area with the cracked pipe, which affects the bearing capacity.
Key words: three-point bending test     bearing capacity     craked pipes
0 引　言

1 试验分析 1.1 裂纹圆管

 图 1 裂纹圆管几何模型 Fig. 1 Geometric model of a cracked circular pipe

 图 2 标准件尺寸图 Fig. 2 Dimension of a standard part

 图 3 真实应力与工程应力-应变曲线 Fig. 3 True stress and engineering stress against strain curve

1.2 试验方案

 图 4 试验装置示意图 Fig. 4 Testing equipment

1.3 试验结果与讨论

1.3.1 裂纹圆管裂纹尺寸的影响

1） 裂纹长度的影响

 图 5 力-撞头位移曲线（ $\theta=45^{\circ}$ ） Fig. 5 Force against impactor displacement curve （ $\theta=45^{\circ}$ ）

 图 6 局部变形（ $\theta=0^{\circ}$ ） Fig. 6 Local deformation stage （ $\theta=0^{\circ}$ ）

2） 裂纹角度的影响

 图 7 力-撞头位移曲线（ $\theta=0^{\circ}$ ） Fig. 7 Force against impactor displacement curve （ $\theta=0^{\circ}$ ）

 图 8 裂纹扩展图（ $\theta=45^{\circ}$ ） Fig. 8 Crack propagation （ $\theta=45^{\circ}$ ）

 图 9 裂纹扩展图（ $\theta=0^{\circ}$ ）裂纹扩展图 Fig. 9 Crack propagation （ $\theta=0^{\circ}$ ）
1.3.2 撞头撞击位置的影响

 图 10 撞头不同撞击位置下的变形 Fig. 10 Deformation of impactor at different impact positions

 图 11 力-撞头位移曲线 Fig. 11 Force against impactor displacement curve
2 有限元模拟 2.1 有限元模型

 图 12 仿真模型 Fig. 12 Simulation model

2.2 有限元模型的验证

 图 13 仿真与试验结果对比 Fig. 13 Difference between numerical results and experimental results

2.3 撞头几何参数的影响

 图 14 不同撞头形状的力-撞头位移曲线 Fig. 14 Force against impactor displacement curve with different impactor shapes
3 结　语

1）裂纹长度是影响裂纹圆管力学性能的重要参数，随着裂纹长度的增加，裂纹圆管的极限承载能力下降。但无因次裂纹长度小于0.3的裂纹对试件的极限承载能力影响较小。

2）裂纹圆管的变形模式与裂纹角度和撞头位置有关。完整圆管的变形为横截面压扁。当撞头在裂纹的对侧时，圆管裂纹张开并撕裂；当撞头在裂纹同侧时，圆管裂纹张开，变形与完整圆管类似。

3）当裂纹长度相同时，裂纹角度为的圆管承载能力最大，裂纹角度为的圆管承载能力最小。

4）不同撞头形状对圆管极限承载能力有影响。撞头形状为平头的圆管接触面积最大，载荷增长速度最大且极限载荷值最大。

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