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(duì)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(duì)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?yàn)檫^多的簡化可能導(dǎo)致誤差很大甚至錯(cuò)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(jì)算機(jī)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(gè)，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(jìn)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(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。這樣一來，一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量，從而使一個(gè)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(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)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(jìn)。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(duì)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(zhǔn)則有Griffith準(zhǔn)則即能量釋放率準(zhǔn)則和Irwin準(zhǔn)則即應(yīng)力強(qiáng)度因子K準(zhǔn)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(gè)理論構(gòu)成彈塑性斷裂力學(xué)的主體，應(yīng)用這兩個(gè)理論可以分析裂紋從開裂、擴(kuò)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(qiáng)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(duì)于諸如金屬物理、冶金學(xué)、材料科學(xué)以及航空、機(jī)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(shí)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(jì)準(zhǔn)則和驗(yàn)收規(guī)范。例如美國的B一1轟炸機(jī)就是應(yīng)用斷裂力學(xué)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的；此外如英國北海油田的采油平臺(tái)支架和美國阿拉斯加的輸氣管線的缺陷容限評(píng)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(duì)來說更加成熟一些。
高壓管匯的破損預(yù)測(cè)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(duì)其進(jìn)行破損預(yù)測(cè)分析。