压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。     

含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究

腐蚀凹坑是石油与天然气输送及石化管道常见的缺陷之一 ,会使管道产生应力集中 ,抗疲劳载荷能力降低。为寻求腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响 ,用有限元弹塑性分析法和试验方法 ,对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道进行研究 ,得到了含不同球形腐蚀凹坑缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷。试验研究证明 ,在内压和外弯矩作用下 ,腐蚀球形凹坑底部应变值最大 ,并首先屈服 ,试验测定载荷 -应变曲线与有限元计算的基本一致 ,最大误差为 7 3 2 %。腐蚀凹坑半径相同时 ,管道的极限载荷随凹坑深度的增加而降低 ;而凹坑深度相同时 ,极限载荷随凹坑半径的加大而降低。     

局部减薄管道极限弯矩计算新公式

对承受内压p、轴向力F和弯矩M联合作用的局部减薄管道,应用屈服准则,给出了管道横截面弯曲压缩侧应力极限值和弯曲拉伸侧应力极限值的计算式,导出了内压p和轴向力F必须满足的条件.釆用理想弹塑性本构模型,推导了含等深减薄管道在联合载荷作用下极限弯矩计算的新公式.指出有关文献中极限弯矩计算式的理论依据不充分.     

肩部减薄三通塑性极限面内弯矩的分析

三通在使用中受介质的腐蚀或冲刷会在肩部产生局部减薄,从而降低其使用的完整性。鉴于此,采用弹塑性有限元方法,分析了肩部减薄缺陷对三通极限载荷的影响。研究表明缺陷的轴向长度对三通的极限面内弯矩影响较小。在将常用三通几何尺寸简化为等径不等壁厚形式的基础上,建立了覆盖常用三通几何尺寸及缺陷尺寸的塑性极限面内弯矩有限元解数据库,最终拟合得到具有较高精度的塑性极限面内弯矩工程估算公式。     

横力弯矩作用下周向裂纹管的塑性极限载荷

目前对承受弯矩的裂纹管道的塑性极限载荷的研究一般都只限于纯弯矩 ,而工程实际中承受弯矩载荷的管道大部分是横力弯矩 ,截面上同时存在正应力和剪应力 ,尤其是管道的跨度较短 ,所受的横向力较大时 ,剪应力对管道的极限承载能力有较大的影响。基于以上考虑 ,建立了含周向裂纹管道在横力弯矩组合载荷作用下的塑性极限分析模型 ,推导了包含埋藏裂纹、内表面裂纹、外表面裂纹和穿透裂纹等不同裂纹形式在拉力、横向力及内压作用下的极限载荷计算公式 ,计算公式可用于周向裂纹管道在各种载荷条件下的安全可靠性评估     

组合载荷下含缺陷管道的工程评定技术研究

制造和使用过程中管线不可避免地会存在各种缺陷 ,而且空间布置的管线导致管线受载复杂 ,当介质在高温、高压、易燃、易爆时必须要确保管线的安全运行 ,因此必须对含缺陷压力管道进行安全评定。鉴于此 ,就空间含缺陷管道评定中所需的极限载荷和Lr 参量进行了研究 ,基于净截面垮塌准则和Von -Mises屈服准则 ,推导了空间含缺陷管道在拉伸、弯曲、扭矩和内压组合载荷下的极限载荷方程 ;针对组合载荷作用下的含缺陷管道提出了求解Lr 参量的联立方程法、通用加载方程法和工程图解法。对现有国内外规范进行了补充和完善 ,对含缺陷管道的失效评定具有重要意义     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

本文利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响。并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASME B31G计算的结果进行对比。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响.并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及美国机械工程师学会标准ASME B31G计算的结果进行对比,证明采用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

含裂纹油气管道CFRP修复数值研究

裂纹缺陷引发的管道强度下降是埋地油气管道的主要事故原因之一,而高强度、高模量、耐腐蚀的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）可以很好地缠绕修复缺陷管段。针对有/无CFRP修复20钢含矩形裂纹缺陷管道,采用ANSYS有限元软件模拟内压载荷作用下含裂纹管道修复前后的响应过程,分析了裂纹角度、裂纹长度、裂纹深度、修复长度及修复厚度等参数对含裂纹管道强度的影响规律。研究表明,含裂纹管道的最大Mises等效应力随着裂纹与管道轴向夹角的减小、裂纹长度和深度的增大而增大,内压的增大加剧了缺陷参数对管道强度的影响程度。在工程中要严格控制裂纹在深度和长度方向的扩展,在内部减压后再维修含裂纹管道。CFRP修复厚度是修复后含裂纹管道强度的主要影响因素,随着修复厚度一定程度的增大,含裂纹管道最大Mises等效应力呈线性下降。     

环焊缝根部内凹缺陷对管道内压承载性能的影响

环焊缝是工业钢质管道的重要结构,管道的环焊缝中常常存在一些焊接缺陷。环焊缝根部内凹缺陷是管道环焊过程中产生的一种体积型缺陷,该缺陷可引起较大的应力集中,降低焊接接头的承载性能。基于弹塑性有限元理论,建立了含内凹缺陷管道应力仿真模型,分析了服役压力和极限爆破状态两种典型工况下管道缺陷局部区域及管体应力分布规律,研究了内凹缺陷尺寸参数对管道结构完整性及极限内压承载性能的影响。结果表明,在正常服役压力下,内凹缺陷端部的等效应力最大约为18.59 MPa,而距离内凹缺陷区域较远的管体所承受的应力约为13.18 MPa。在极限爆破工况下,内凹缺陷区域出现较大面积的塑性区,该区域的最大等效应力约为469.5 MPa,超过了焊缝的抗拉强度451 MPa。另外,内凹缺陷径向深度、环向长度和轴向宽度尺寸会引起正常运行工况下管道的最大等效应力发生变化,等效应力变化幅度可达到25%,管道极限内压承载性能随内凹深度的增大而减小。     

弯管塑性极限载荷分析

利用Von-Mises屈服准则,推导出内压和扭矩联合载荷以及内压、弯矩与扭矩联合载荷作用下弯管的塑性极限载荷方程,经过简化后可得到任一单个载荷、两个或3个载荷共同作用下的塑性极限载荷.有关实验验证了理论的正确,为充分挖掘弯管的塑性极限承载能力提供了理论依据,也为研究有缺陷弯管塑性极限载荷提供了方法.     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

内压和弯矩联合作用下理想弯头的有限元分析

以DN100,SCH160理想弯头为研究对象,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编写了弯头在内压和弯矩联合作用的情况下弯头应力计算的命令流,分析了弯头在内压、轴向力、面弯矩联合作用下的应力分布,并比较了分析的应力分布结果。分析结果表明,轴向力对于弯头的影响主要通过弯矩的形式表现出来,面弯矩和轴向力对弯头应力的影响基本相似,内压、面弯矩、轴向力联合作用对弯头应力的影响大于单独载荷作用对弯头应力的影响。     

X80钢级Φ1 016 mm管道四点弯曲试验数值分析

为了保证管道在四点弯曲试验时有足够长的区域满足纯弯曲条件,通过有限元模拟分析了X80钢级Φ1 016 mm管道全尺寸四点弯曲试验时管道弯矩、剪力和轴向应变分布,以及管道在集中力作用下的轴向应变分布。结果表明:从内力角度来看,四点弯曲试验时,两个加载压头之间的管道满足纯弯曲条件;从轴向应变角度来看,四点弯曲试验时,管道中部2 m范围的区域满足纯弯曲条件;加载压头处管道会产生应变突变并产生一定范围的影响;长度12 m的X80钢级Φ1 016 mm管道在四点弯曲试验时,应保证加载压头之间的间距≥4 m,从而保证管道中部至少有2 m长的区域满足纯弯曲条件。研究成果可为大直径管道全尺寸四点弯曲试验的开展提供理论依据。     

Local buckling failure analysis of high-strength pipelines

Pipelines in geological disaster regions typically suffer the risk of local buckling failure because of slender structure and complex load. This paper is meant to reveal the local buckling behavior of buried pipelines with a large diameter and high strength, which are under different conditions, including pure bending and bending combined with internal pressure. Finite element analysis was built according to previous data to study local buckling behavior of pressurized and unpressurized pipes under bending conditions and their differences in local buckling failure modes. In parametric analysis, a series of parameters,including pipe geometrical dimension, pipe material properties and internal pressure, were selected to study their influences on the critical bending moment, critical compressive stress and critical compressive strain of pipes.Especially the hardening exponent of pipe material was introduced to the parameter analysis by using the Ramberg–Osgood constitutive model. Results showed that geometrical dimensions, material and internal pressure can exert similar effects on the critical bending moment and critical compressive stress, which have different, even reverse effects on the critical compressive strain. Based on these analyses, more accurate design models of critical bending moment and critical compressive stress have been proposed for high-strength pipelines under bendingconditions, which provide theoretical methods for highstrength pipeline engineering.     

插入式封隔器注水管柱力学及蠕动规律研究

注水管柱在井下受到多种载荷以及活塞效应、鼓胀效应、弯曲效应、温度效应的影响,受力状况复杂,易造成封隔器蠕动,产生巨大经济损失.在考虑内压、外压、轴向力、弯矩、井壁支反力和摩擦力等多种载荷的基础上,建立注水管柱蠕动分析模型,分析多层段分层注水管柱的受力状况,并研究插入式封隔器结构特点、最大摩擦力以及蠕动机理.考虑现场不同...     

复杂载荷作用下套管特殊螺纹 接头密封性能有限元分析

为了探究一体化管柱套管特殊螺纹接头在复杂载荷作用下的密封性能,以徐深9-平4井完井管柱的某套管气密封螺纹为例,进行其受力变形的有限元分析。结果表明,轴向拉力及外压作用均会导致接头密封性能下降; 轴向压力与内压在一定程度上会提升接头的密封性能; 弯矩作用会导致接头应力分布产生不对称性,接头受拉侧最后一齿易产生应力集中。分析结果可为套管特殊螺纹接头的应用提供参考。