محاسبه ضرایب شدت تنش ترک‌های سه بعدی نیم بیضوی در لوله‌های با درز جوش طولی تحت بارگذاری مود ترکیبی

لوله‌های با درز جوش طولی از جمله انواع متداول لوله‌های مورد استفاده در صنایعی چون نفت، گاز، پتروشیمی و پالایشگاهی‌اند. واماندگی و شکست این دسته از لوله ها عمدتاً به‌واسطه رشد ترک ها و ناخالصی های موجود در ناحیه جوش یا ناحیه متاثر از حرارت می‌باشد. در این مقاله، پس از ارائه حل تحلیلی برای تعیین ضرایب شدت تنش ترک‌های موجود در لوله‌ها، برای شناسایی بحرانی‌ترین ترک‌ در لوله‌های با درز جوش طولی، تعدادی ترک سه‏بعدی نیم‏بیضوی طولی با نسبت منظرهای 0/5 الی 1 در امتداد خط جوش و در جداره‌های داخلی و خارجی لوله در نرم‌افزار آباکوس مدل می شوند و ضرایب شدت تنش مود 1، 2 و 3 این ترک‌ها در سرتاسر جبهه ترک تحت بارگذاری توامان فشار داخلی و پیچش محاسبه می‌شوند. بر اساس نتایج حاصل مشخص می‌شود که تاثیر هر سه مود بارگذاری بر رفتار شکست این لوله‌ها موثر است و عامل فشار داخلی درون این لوله ها مهمتر از سایر پارامترها در رشد ترک های طولی ایجادشده می باشد. همچنین از نتایج چنین برمی‌آید که ترک‌های طولی داخلی به‌عنوان بحرانی‌ترین ترک‌ها در لوله‌های با درز جوش طولی شناخته می‌شوند.

Determination of mixed mode stress intensity factors for longitudinally seam weld pipes containing 3D semi elliptical cracks

Longitudinally seam welded pipes are frequently used in the oil and gas industries. Failure of such pipes may be occurred due to the crack growth initiated in the weld zone. At service conditions, cracks existing in these pipes usually experience complex tensile shear deformations. For estimating the onset of fracture in the cracked pipes during their service life it is necessary to obtain the stress intensity factors. Hence in this paper, several 3D semi elliptical cracks initiated longitudinally along the weld line in the outer and inner wall of a welded pipe with different aspect ratios ranging from 0.5 to 1 are analyzed using ABAQUS software. It is shown that the contribution of all three modes (KI, KII and KIII) may affect significantly the onset of fracture in the investigated pipes. However, the effect of mode I deformation (KI) is more pronounced than the shear mode deformations (KII and KIII). It was also shown that the value of equivalent stress intensity factor in the inner wall is greater than the outer wall of cracked pipe.