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
在科學技術領域內，對于許多的力學問題和物理問題，人們已經得到了它們應遵循的基本方程(常微分方程或偏微分方程)和相應的定解條件。但能用解析方法求出精確解的只是少數方程性質比較簡單，且幾何形狀相當規則的問題。對于大多數問題，由于方程的某些特征的非線性性質，或由于求解區域的幾何形狀比較復雜，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，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致誤差很大甚至錯誤的解答。因此人們多年來尋找和發展了另一種求解途徑和方法一數值解法，特別是近三十多年來，隨著電子計算機的飛速發展和廣泛應用，數值分析方法已成為求解科學技術問題的主要工具。
有限單元法的出現是數值分析方法在研究領域的重大突破。有限單元法的基本思想是將連續的求解區域離散為一組有限個，且按一定方式相互聯結在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯結方式進行組合，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雜的求解域。有限單元法作為數值分析方法的另一個重要特點是利用在每一個單元內假設的近似函數來分片地表示全求解域上待求的未知場函數。單元內的近似函數通常由未知場函數或及其導數在單元的各個節點的數值和其插值函數來表達。這樣一來，一個問題的有限元分析中，未知場函數或及其導數在單元的各個節點上的數值就成為新的未知量，從而使一個連續的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經解出這些未知量，就可以通過插值垂數計算出各個單元內場函數的近似值，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。
斷裂力學發展至今相對地講線彈性部分較為成熟，理論簡單，基礎較牢固，已在某些工程方面取得了應用。主要判定準則有Griffith準則即能量釋放率準則和Irwin準則即應力強度因子K準則。彈塑性斷裂力學的理論主要有COD〔裂紋尖端張開位移)理論（19 60）和J積分理論(1968)，這兩個理論構成彈塑性斷裂力學的主體，應用這兩個理論可以分析裂紋從開裂、擴展、直至失穩的全過程。斷裂力學作為一門真正的學科，它的發展異常迅速，從1957年G.R . Irwin提出應力強度因子概念算起，也還不到50年，是目前固體力學最活躍的分支，對于諸如金屬物理、冶金學、材料科學以及航空、機械、建筑和地震工程等各工程技術部門都產生的重大的影響，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。在國內外都有不少應用斷裂力學頗為成功的例子，有不少國家和部門甚至已根據斷裂力學來制定設計準則和驗收規范。例如美國的B一1轟炸機就是應用斷裂力學來進行設計的；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，都是斷裂力學在工程應用上典型范例。至于斷裂力學在壓力容器中的應用，特別是在核容器中的應用，相對來說更加成熟一些。
高壓管匯的破損預測分析首先以彈塑性分析為基礎，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雜，找不到現成的解析解，只能求其數值解。以其數值解為依據，按相應的斷裂力學理論對其進行破損預測分析。