مطالعه عددي رشد ترك ديناميك در لوله هاي فولادي در اثر بارگذاري تراك داخلي

Numerical investigation of dynamic crack growth in steel pipes under internal detonation loading

در اين مقاله به مطالعه عددي تغيير شكل و رشد ترك در لوله فولادي در اثر فشار متحرك داخلي پرداخته شده است. يك روش نظام مند براي تعيين پارامترهاي مدل عددي مسئله شكست ناشي از تراك ارائه شده است. شبيه سازي بر روي لوله هاي فولادي گاز انجام شده است كه براي ايجاد پارگي محدود در جداره لوله، از فتيله انفجاري با جنس پتن با سرعت سوزش تراك بالاي 7000 متر بر ثانيه استفاده شده است. دو مدل المان محدود يكي براي محاسبه فشار داخلي و ديگري براي شبيه سازي رشد ترك ايجاد گرديدند. مدل اول بر پايه ساختار شبكه اويلرين براي محاسبه پارامترهاي فشار متحرك اعمال شده بر روي جداره لوله ايجادشده است. مدل دوم بر پايه شبكه لاگرانژين و با روش هاي المان چسبنده و حذف المان براي شبيه سازي رشد ترك ايجاد گرديد. اين مدل براي شبيه سازي رفتار تغيير شكل و پارگي لوله از پارامترهاي فشار متحرك داخلي، پارامترهاي الاستو پلاستيك فولاد در حالت وابسته به نرخ بارگذاري و پارامترهاي شكست ديناميك مربوط به المان هاي چسبنده، استفاده كرد. در مرحله بعد نتايج مدل المان محدود با مدل تحليل راستي آزمايي گرديد. مدل المان محدود توانست ميزان رشد طولي ترك را با خطاي كمتر از 7 درصد و محل توقف ترك را با خطاي كمتر از 10 درصد نسبت به آزمايش پيش بيني كند.

This paper reports numerical simulation of deformation and crack growth in steel pipes under internal moving pressure. A systematic method was developed for the determination of the detonation driven fracture problem parameters. The simulations were performed on steel gas pipes. Explosive PETN cords with detonation speed more than 7000 meters per second were used for creating a confined fracture on the pipe shells. Two finite element models were created for calculation of internal moving pressure parameters and simulation of crack growth. The first model was an Eulerian finite element model that was created for calculation of moving pressure parameters that were applied to tube shell. The second model was a Lagrangian finite element model that was created for ductile crack growth simulation with cohesive elements and element deletion methods. The model used the moving pressure parameters, elastoplastic rate dependent and dynamic cohesive element fracture parameters for simulation of deformation and crack growth. In the next step, the results of finite element model were verified using analytical models. The finite element model predicted the axial crack growth length with less than 7 percent error and crack arrest point with less than 10 percent error from experimental results.