高壓流體控制件和高壓管匯的課題研究
1.高壓流體控制件和高壓管匯課題的理論背景
在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，對于許多的力學(xué)問題和物理問題，人們已經(jīng)得到了它們應(yīng)遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相應(yīng)的定解條件。但能用解析方法求出精確解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡單，且?guī)缀涡螤钕喈?dāng)規(guī)則的問題。對于大多數(shù)問題，由于方程的某些特征的非線性性質(zhì)，或由于求解區(qū)域的幾何形狀比較復(fù)雜，則不能得到解析的答案。這類問題的解決通常有兩種途徑。一是引入簡化假設(shè)，將方程和幾何邊界簡化為能夠處理的情況，從而得到問題在簡化狀態(tài)下的解答。但是這種方法只是在有限的情況下是可行的，因為過多的簡化可能導(dǎo)致誤差很大甚至錯誤的解答。因此人們多年來尋找和發(fā)展了另一種求解途徑和方法一數(shù)值解法，特別是近三十多年來，隨著電子計算機的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)值分析方法已成為求解科學(xué)技術(shù)問題的主要工具。
有限單元法的出現(xiàn)是數(shù)值分析方法在研究領(lǐng)域的重大突破。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個，且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個重要特點是利用在每一個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求的未知場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個節(jié)點的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達。這樣一來，一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個節(jié)點上的數(shù)值就成為新的未知量，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)解出這些未知量，就可以通過插值垂數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解，顯然隨著單元數(shù)目的增加，也即單元尺寸的縮小，或者單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。
斷裂力學(xué)發(fā)展至今相對地講線彈性部分較為成熟，理論簡單，基礎(chǔ)較牢固，已在某些工程方面取得了應(yīng)用。主要判定準則有Griffith準則即能量釋放率準則和Irwin準則即應(yīng)力強度因子K準則。彈塑性斷裂力學(xué)的理論主要有COD〔裂紋尖端張開位移)理論（19 60）和J積分理論(1968)，這兩個理論構(gòu)成彈塑性斷裂力學(xué)的主體，應(yīng)用這兩個理論可以分析裂紋從開裂、擴展、直至失穩(wěn)的全過程。斷裂力學(xué)作為一門真正的學(xué)科，它的發(fā)展異常迅速，從1957年G.R . Irwin提出應(yīng)力強度因子概念算起，也還不到50年，是目前固體力學(xué)最活躍的分支，對于諸如金屬物理、冶金學(xué)、材料科學(xué)以及航空、機械、建筑和地震工程等各工程技術(shù)部門都產(chǎn)生的重大的影響，顯示出它巨大的生命力，并已被廣泛地用來解決各種工程實際問題。在國內(nèi)外都有不少應(yīng)用斷裂力學(xué)頗為成功的例子，有不少國家和部門甚至已根據(jù)斷裂力學(xué)來制定設(shè)計準則和驗收規(guī)范。例如美國的B一1轟炸機就是應(yīng)用斷裂力學(xué)來進行設(shè)計的；此外如英國北海油田的采油平臺支架和美國阿拉斯加的輸氣管線的缺陷容限評定等，都是斷裂力學(xué)在工程應(yīng)用上典型范例。至于斷裂力學(xué)在壓力容器中的應(yīng)用，特別是在核容器中的應(yīng)用，相對來說更加成熟一些。
高壓管匯的破損預(yù)測分析首先以彈塑性分析為基礎(chǔ)，彈塑性分析的方法采用的是有限元法，由于高壓管匯的幾何形狀復(fù)雜，找不到現(xiàn)成的解析解，只能求其數(shù)值解。以其數(shù)值解為依據(jù)，按相應(yīng)的斷裂力學(xué)理論對其進行破損預(yù)測分析。