基于压力减压模型的有限元方法：高效分析CO2管道动态断裂的创新研究

为解决CO2管道断裂预测中传统工程方法非保守性及流体-结构相互作用(FSI)模型计算效率低的问题，研究人员开发了一种基于三维压力减压模型的有限元模拟方法。通过实验数据建立简化模型并验证，该方法在保持高精度的同时显著提升计算效率，揭示了CO2与天然气管道断裂行为的本质差异（如更大裂纹尖端开口角度和塑性变形），为管道安全设计提供了高效研究框架。

　　

在二氧化碳(CO₂)输送管道领域，动态断裂堪称最严重的灾难性失效模式。传统裂纹预测方法存在非保守性缺陷，而现有流体-结构相互作用(fluid-structure interaction, FSI)模型又面临计算效率低下的瓶颈。这项研究另辟蹊径，基于创新的三维压力减压模型开发出新型有限元仿真方法，精准捕捉管道破裂时CO₂独特的热力学行为。

研究团队通过系统性分析实验数据，构建了既简化又符合物理规律的压力减压模型。全尺寸爆破试验验证显示，相较于传统FSI方法，新方法在保持毫米级精度的同时，计算效率提升显著。对比研究更发现CO₂管道断裂存在两大特征：裂纹尖端开口角度(crack-tip opening angle)比天然气管道大30%，且塑性变形范围扩展达2倍。这些发现不仅深化了对超临界CO₂管道失效机制的认识，更为管道安全设计的参数化研究提供了"又快又准"的计算利器。