高压流体控制件和高压管汇的课题研究

1.高压流体控制件和高压管汇课题的理论背景
在科学技术领域内，对于许多的力学问题和物理问题，人们已经得到了它们应遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相应的定解条件。但能用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，且几何形状相当规则的问题。对于大多数问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。这类问题的解决通常有两种途径。一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至错误的解答。因此人们多年来寻找和发展了另一种求解途径和方法一数值解法，特别是近三十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。
有限单元法的出现是数值分析方法在研究领域的重大突破。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个，且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。有限单元法作为数值分析方法的另一个重要特点是利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。单元内的近似函数通常由未知场函数或及其导数在单元的各个节点的数值和其插值函数来表达。这样一来，一个问题的有限元分析中，未知场函数或及其导数在单元的各个节点上的数值就成为新的未知量，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。一经解出这些未知量，就可以通过插值垂数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解，显然随着单元数目的增加，也即单元尺寸的缩小，或者单元自由度的增加及插值函数精度的提高，解的近似程度将不断改进。如果单元是满足收敛要求的，近似解最后将收敛于精确解。
断裂力学发展至今相对地讲线弹性部分较为成熟，理论简单，基础较牢固，已在某些工程方面取得了应用。主要判定准则有Griffith准则即能量释放率准则和Irwin准则即应力强度因子K准则。弹塑性断裂力学的理论主要有COD〔裂纹尖端张开位移)理论（19 60）和J积分理论(1968)，这两个理论构成弹塑性断裂力学的主体，应用这两个理论可以分析裂纹从开裂、扩展、直至失稳的全过程。断裂力学作为一门真正的学科，它的发展异常迅速，从1957年G.R . Irwin提出应力强度因子概念算起，也还不到50年，是目前固体力学最活跃的分支，对于诸如金属物理、冶金学、材料科学以及航空、机械、建筑和地震工程等各工程技术部门都产生的重大的影响，显示出它巨大的生命力，并已被广泛地用来解决各种工程实际问题。在国内外都有不少应用断裂力学颇为成功的例子，有不少国家和部门甚至已根据断裂力学来制定设计准则和验收规范。例如美国的B一1轰炸机就是应用断裂力学来进行设计的；此外如英国北海油田的采油平台支架和美国阿拉斯加的输气管线的缺陷容限评定等，都是断裂力学在工程应用上典型范例。至于断裂力学在压力容器中的应用，特别是在核容器中的应用，相对来说更加成熟一些。
高压管汇的破损预测分析首先以弹塑性分析为基础，弹塑性分析的方法采用的是有限元法，由于高压管汇的几何形状复杂，找不到现成的解析解，只能求其数值解。以其数值解为依据，按相应的断裂力学理论对其进行破损预测分析。