内压作用下含体积型缺陷弯管极限载荷研究

油气管道一旦发生泄漏失效容易引发爆炸等灾难性事故,而管路中的弯管段是容易发生失效的部分,弯管段承载能力的高低将影响整个管道系统的安全性。为了解决油气管线中弯管的失效问题,考虑几何和材料非线性,建立内压作用下含体积型缺陷弯管的有限元模型,并与爆破试验结果对比验证模型的有效性,确定管道的失效判定准则。研究表明影响弯管极限载荷的主要因素有缺陷的几何尺寸、相对位置以及弯曲半径。基于模拟计算,讨论各因素对含缺陷弯管极限载荷的影响规律,通过对计算结果进行非线性拟合,提出内压作用下含体积型缺陷弯管的极限内压预测公式。该公式将为含缺陷弯管的剩余强度评价和完整性评价提供一定依据。     

含体积缺陷隔水管安全区间研究

为保障隔水管在海上安全作业,需要对含缺陷隔水管进行安全评估,使其在作业过程中不发生压溃、泄漏、断裂等安全事故。基于弹塑性线性硬化模型及Von Mises屈服准则,考虑拉弯内压载荷和缺陷几何尺寸的影响,建立含体积缺陷隔水管的三维有限元计算模型,分析含体积缺陷隔水管在复合载荷作用下的力学特性和安全作业区间,评价隔水管的安全性。结果表明:缺陷深度越大,含缺陷隔水管越易达到屈服;隔水管安全作业区间随着缺陷深度的增加而减小;较大的内压载荷会明显减小含缺陷隔水管安全区间范围,但是内压载荷较小时,缺陷深度对隔水管安全区间范围影响较小;弯矩载荷过大时,隔水管安全区间所承受的极限轴向载荷明显下降,但所承受的极限内压载荷变化不大。     

含腐蚀凹陷压力管道极限载荷数值分析

为评估含腐蚀缺陷的凹陷压力管道的安全性,用有限元弹塑性分析法,建立管道数值计算模型。研究管道缺陷长度、深度、宽度、压头直径、下压深度和初始内压等敏感性参数对含腐蚀凹陷管道极限载荷的影响。基于PCORRC法,推导多因素失效评价公式基本形式。用非线性回归分析法,拟合公式中的待定系数。结果表明,除缺陷宽度外,其余因素对极限内压影响较大;随缺陷深度、下压深度和初始内压的增大,极限内压均呈减小趋势;压头尺寸与缺陷长度相对大小不同,极限内压变化规律存在差异;失效评价公式计算值与数值模拟结果吻合度较高,相对误差较小。     

含环向裂纹管道三通的塑性失效载荷

采用弹塑性有限元方法，系统分析了内压载荷下含环向裂纹管道三通的塑性失效载荷。探讨了管道三通塑性失效有限元分析中的建模技术，包括变形参量选取，网格收敛性研究等。给出了塑性失效载荷随裂纹尺寸变化的规律，以及不同裂纹位置(包括肩部和腹部)对三通塑性失效载荷的影响。最后根据有限元数值解建立了简单的塑性失效载荷估算式，研究结果可为下一步含缺陷管件完整性评定提供参考数据。     

影响凹陷管道安全因素分析

为了分析管道上凹陷对其安全性的影响,以非线性接触模型为基础,应用ABAQUS有限元软件,建立矩形状压头作用于管道的三维模型。通过求解模型,探讨了凹陷深度、凹陷位置、凹陷尺寸、管道内压对管道轴向应变和韧性失效损伤因子的影响。结果表明:管道的轴向应变随着内压的增大而增大,然而内压的存在却对管道韧性失效起到一定的抑制作用。当韧性失效损伤因子D=1时可以通过韧性断裂准则预测其临界失效应变;当凹陷深度超过一定范围内压会使损伤程度增大;当凹陷位置为垂直于管道正上方时,其对管道的轴向应变及韧性失效损伤因子的影响较大;当管道内压一定时,随着凹陷变形量的增加,与凹陷轴向长度相比,凹陷宽度的变化对管道的轴向应变及韧性失效损伤因子程度影响更显著,而增大凹陷长度和宽度均可有效降低其对管道安全性的影响。     

油气管道相邻双点腐蚀缺陷相互影响的有限元分析

针对油气管道上相邻双点腐蚀缺陷,利用有限元分析软件ANSYS,分别就腐蚀坑深度、腐蚀坑投影面半径、腐蚀坑间距和管材等级对腐蚀管道剩余强度的影响进行了非线性有限元分析,发现腐蚀坑间距对管道极限载荷存在影响,腐蚀坑问最大作用距离受腐蚀坑尺寸的制约,而管材等级对其没有影响．     

基于元胞自动机的地上管道点蚀模拟研究

采用三维元胞自动机模型从介观的角度对湿大气腐蚀环境中输油管道表面蚀坑的生长演化过程进行研究。模拟中主要金属溶解和钝化、质量转移以及化学电化学效应,基于元胞自动机将物理模型转化为离散的数学模型。在三维模型下,研究在不同溶液浓度、溶解概率、钝化概率下蚀坑随模拟时间的生长规律,其结果表明为服从线性关系,当腐蚀溶液浓度c、溶解概率P_d越大,而钝化概率P_p越小时,蚀坑等效半径越大,蚀穿时间越短。同时提出了蚀坑对比深度β_d等一系列腐蚀损伤参数,确定出β_d值约为1.5～2.5。     

有限元分析不同形状腐蚀坑水冷壁管的剩余强度

基于ANSYS有限元软件,对含不同形状腐蚀坑水冷壁管剩余强度进行了研究。研究表明,将管壁上腐蚀坑简化为柱状,当腐蚀坑直径和腐蚀深度组合达到?5 mm-80%壁厚、?8 mm-70%壁厚、?12 mm-60%壁厚3种情况时,腐蚀坑直径和腐蚀深度增加则可认为腐蚀区失效;将腐蚀坑简化为球形,当腐蚀坑直径和腐蚀深度达到10H-70%壁厚(H为腐蚀深度)时,腐蚀坑直径或深度增加则可认为腐蚀区域失效;将腐蚀坑简化为矩形,当腐蚀坑尺寸和腐蚀深度达到6H-60%壁厚时,腐蚀深度和尺寸增加会造成腐蚀区域失效。相同尺寸和腐蚀深度的柱形坑、球形坑和矩形坑,球形坑最安全,柱形腐蚀坑最容易失效。     

某探井P110 S油管断裂失效原因分析

通过对断裂失效的某探井P110S油管的断口形貌、载荷受力、腐蚀产物、材质性能等方面进行详细观测及试验分析,结合油管服役的井下工况条件,发现局部腐蚀部位易发生应力集中,同时管柱底部被卡受较大拉伸载荷,导致裂纹在管柱应力集中部位形核并扩展,发生应力腐蚀开裂,最后由于强度不足导致管柱在上提过程中被拉断。     

含腐蚀缺陷的X80高钢级管道失效评估研究

综合对比分析了ASME B31G、RSTRENG、DNV RP-F101等6种含腐蚀缺陷管道剩余强度的评估方法。将各方法应用到含腐蚀缺陷的X80高钢级管道进行失效压力预测,并将计算结果与全尺寸爆破实验结果进行对比,研究不同评估方法评估结果的准确性,以及管壁厚度、缺陷深度比和流动应力取值对评估结果的影响。研究结果表明,DNV RP-F101、PCORRC和LPC-1这3种方法更适用于含腐蚀缺陷的X80高钢级管道的失效评估。     

Safety and reliability assessment of external corrosion defects assessment of buried pipelines—soil interface: A mechanisms and FE study

Due to local liquid accumulation (AL) in the low-lying section of the buried natural gas pipeline, external corrosion will occur at the interface between the pipeline and the soil. External corrosion will produce pit defects, which will reduce the bearing capacity of the pipeline and affect the normal operation of the pipeline. In addition, corrosion group defects can interact with each other. Thus, the service life of the pipeline is seriously affected. In this work, a case of local corrosion failure of the pipeline caused by liquid accumulation on-site is presented. The importance of this work is verified by experiment and field excavation. Besides, based on the Mises-Stress yield criterion, nonlinear analysis was carried out with the finite element method (FEM). The effects of internal pressure, corrosion pit defect size, internal and external wall corrosion, corrosion pit group, and different types of volumetric corrosion pit defects on the failure of L360QS steel pipe were analyzed with consideration of the effects of axial and circumferential zones of corrosion pits. These correlations have not been seen in previous studies. The FE results make up for the disadvantage that the corrosion is simplified to equal depth corrosion in the code, which will underestimate the residual strength of the actual corroded pipeline and lead to unnecessary repair or replacement. The results provide a reference for failure analysis and strength evaluation of buried L360QS steel pipe with corrosion defect.     

交通荷载作用下埋地含缺陷PE管道力学行为研究

为分析埋地含缺陷PE管道在交通荷载作用下的力学行为,选用Prony级数模拟管道,并采用ABAQUS有限元软件建立不同缺陷PE80管道模型和不同埋深的管土模型。通过对管道轴向与环向应力的研究,确定不同条件下管道的应力大小与分布。结果表明:当管道存在缺陷时,缺陷处会出现应力突变;不同位置的缺陷对管道的应力分布影响不同;缺陷相对深度改变会使缺陷处应力变化明显,通过建立多元回归方程得出对缺陷管道最大Von Mises应力影响程度为,缺陷相对深度（Q）>管道埋深（H）>车辆荷载（P）。     

城镇燃气埋地含缺陷聚乙烯管道应力分析

建立了埋地含缺陷聚乙烯管道模型,应用有限元方法计算管道的应力和变形量,分别考虑管道内压、地面载荷和管道缺陷深度变化对管道应力和变形的影响。研究结果表明,管道最大应力随管道内压的增大而增大;随地面载荷的增加呈先减小后增大趋势;随管道缺陷深度增大而增大。管道变形量随内压增大而增大,但增长较小;随地面载荷增大而增大,增长较大;管道缺陷深度只对管道缺陷处变形量有影响。研究结果为确定城镇燃气聚乙烯管道工作能力提供了理论依据。     

天然气管道局部等效应力及塑性变形评估

为了研究腐蚀及地面运动对埋地天然气管线安全性的协同影响,以X80管道为研 究对象,模拟腐蚀缺陷及土壤力作用于管道之上,利用有限元方法对有腐蚀缺陷与预应 变情况下的管道局部等效应力及塑性变形进行评估,结果表明腐蚀缺陷的深度对局部应 力和应力分布影响非常明显,在失效压力预测中起着决定性作用。随着腐蚀深度的增加 ,应力集中增强,导致内表面和外表面的等效应力大小进一步分化,腐蚀深度的增加对 管道内表面的等效应力的影响很大,但对有效塑性应变的影响却不大。模拟管道上施加 有纵向应变的土壤力,不论拉伸与压缩的情况下,都会降低管道的失效压力,在施加拉 伸预应变下的管道失效压力小于压缩预应变下的。塑性变形首先发生在外表面处,并扩 展到腐蚀缺陷相邻区域,管道内表面也具有一定的塑性变形,但强度低。     

基于有限元的含腐蚀缺陷原油集输管道剩余强度研究*

为研究含腐蚀缺陷原油集输管道的剩余强度,以延长油田集输系统常用的20#管线钢为例,采用ABAQUS建立1/2腐蚀管道有限元模型,研究单个均匀腐蚀缺陷对集输管道剩余强度的影响,分析缺陷位置、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷深度的影响规律,并采用Matlab对缺陷长度和缺陷宽度角的模拟结果进行拟合,拟合确定系数R2均达99.0%以上。结果表明:集输管道的剩余强度受缺陷位置的影响较小;随着缺陷长度的增加先减小后保持不变,随着缺陷宽度的增加先略微增加后保持不变,建立缺陷深度分别为1.5,2.0,2.5 mm的有限元模型,得到缺陷临界长度分别为210,140,130 mm,缺陷宽度角分别为56°,57°,141°;剩余强度受缺陷深度的影响最大,会随着缺陷深度的增加而减小;缺陷深度越大,缺陷长度和缺陷宽度对剩余强度的影响越大。     

内压、弯矩组合载荷作用下未焊透管道的安全评价方法研究

未焊透缺陷是压力管道焊接接头常见的一种缺陷,严重时可导致管道的承载能力明显降低,进而引发严重的安全事故。为了研究未焊透缺陷对管道安全性的影响,提出了采用非线性有限元分析方法,对含未焊透缺陷压力管道的影响因素进行简化,通过研究其极限内压和极限弯矩随未焊透深度、环向长度等影响因素的变化规律,进一步获得了单一载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道的极限载荷估算公式和极限载荷曲线簇。最终在试验验证基础上建立一种未焊透管道的安全评价方法,并通过试验验证结果表明该方法可用于含缺陷工业管道的安全评定是可行的。     

外力作用下管道内表面缺陷处裂纹扩展研究

为提高油气管道安全风险评估的准确性,以含内表面缺陷管道为研究对象,利用ABAQUS软件线弹性及弹塑性分析不同尺寸缺陷对裂纹萌生特征的影响;采用扩展有限元法,建立管道3点弯曲模型与全尺寸静载物理试验,并非线性拟合裂纹扩展尺寸,研究内表面缺陷处裂纹扩展情况.研究结果表明:内表面缺陷中心处极易萌生裂纹,随着缺陷尺寸的增大,裂...