碳纤维复合材料补强修复效果的在线评价方法

碳纤维复合材料补强修复技术具有不动火、不停输、带压修复等优点,近年来得到广泛应用。但目前修复效果评价主要依靠有限元分析和爆破试验,缺乏在线评价方法。由此采用电阻应变计法测量缺陷处补强修复前后的应变值,研究管道承压能力和安全系数的变化。结果表明,补强修复后缺陷处环向应力显著降低,测量结果与经典理论的计算数值基本吻合。电阻应变计法可以定量得到管道补强修复前后的应变和应力变化,真实反映管道的承压能力,从而可以在线评价管道补强修复的效果。现场试验表明,该方法操作简单、数据可靠,可以显著降低管道的运行风险。     

含缺陷管道复合材料修复后承压能力研究

压力管道在制造安装运行期间,不可避免形成各种类型的缺陷,如非扩展型表面裂纹、机械划伤、凹陷等。在无法停输的情况下,采用补强技术修复此类非扩展型缺陷是一种行之有效的方法。为了测试复合材料缠绕修复管道焊接处机械损伤缺陷的效果,进行了全尺寸爆破试验,利用试验和有限元模拟方法研究了修复后管道的承压能力,分析了影响修复效果的各种因素。研究结果得出:复合材料修复技术能非常有效地修复管道机械损伤缺陷,修复后管道可以基本恢复承压能力,修复效果与实际工程管道缺陷类型、缺陷尺寸、缺陷位置以及现场修复条件等有紧密关系。     

容器开孔补强设计的分析与探讨

以等面积补强法为准则,对我国目前主要使用的开孔补强设计标准进行了分析研究,并提出一些建议。从另一角度分析了等面积补强时容器上椭圆形开孔长短径之比不大于2.0的要求;圆筒体切向接管时应使接管开孔直径大于等于圆筒体内径的四分之一,对圆筒体应取与壳体轴线平行的纵向最大直径为开孔直径,对球壳应取纵向和环向中的最大直径为开孔直径;圆筒体轴向斜接管的轴线与圆筒体表面法线的夹角应小于等于60°;对复合材料接管补强指出了其接管名义厚度、接管计算厚度和强度削弱系数的计算方法。     

碳纤维复合材料修复带缺陷储气井的应力分析及试验研究

针对天然气储气井井管外壁腐蚀现状,采用有限元计算方法,分析不同外壁腐蚀类型、不同腐蚀缺陷尺寸下储气井井管的应力分布、承载极限及疲劳性能;加工带缺陷储气井井管试件,选择碳纤维复合材料湿缠绕法补强修复;对修复后的井管试件进行有限元应力分析,并进行爆破试验和疲劳试验,以充分验证补强方法的有效性;储气井井管的理论分析和性能试验证明,碳纤维复合材料湿缠绕法补强可以有效地修复带外壁缺陷的储气井井管,有效、快捷地解决在役天然气储气井井管外壁腐蚀问题。     

励磁作用下铁磁管道缺陷磁特性仿真

通过有限元法建立了管道直流磁化的三维模型,分析了励磁状态下铁磁材料的磁特性、缺陷附近材料的磁导率分布特征以及励磁强度、管道厚度、缺陷深度对磁导 率分布的影响。结果表明,饱和磁化后缺陷区域的磁导率分布并不均匀,励磁作用下内壁缺陷可引起外表面磁导率的改变,从而揭示了铁磁性管道内部缺陷检出机理,拓展了涡流检测方法的应用范围。     

基于场指纹法的金属管道小腐蚀坑的监测方法

FSM即场指纹法,是一种基于电位列阵的金属管道在线腐蚀监测的方法.该方法的核心在于将电极列阵分布在被测管道外部,利用电阻与管道厚度的关系,通过测量电极之间的电压来监测管道内壁的腐蚀情况.但是测量电极间的电压同时受腐蚀坑的面积和深度的影响,而一个电压值无法确定两个未知参数,故存在不可解问题.目前计算腐蚀坑的公式是将面积设定为固定值,由此得出的结果一般表现为坑的面积偏大而深度偏小,这也是当前FSM法最大的缺陷之一.在介绍FSM方法的基础上,针对传统FSM法对于小腐蚀坑的监测存在不可解问题,创新性地提出了一种综合利用主电压和辅电压来准确区分小腐蚀坑的面积和深度的方法.理论分析和实验表明,提出的主辅电压法可以大幅度提高小腐蚀坑的监测精度.     

损伤复合材料层板胶接修理强度分析

对于飞行器复合材料结构在制造和服役中产生的缺陷损伤,一种常用的外场临时修理方法是在受损结构的外表面胶接复合材料补片来进行补强。本文采用“双板—弹簧元”和“三板—弹簧元”修正有限元模型分别对层合板的穿透型损伤和半穿透型损伤的临时修理进行强度分析,并进行了相关的强度试验验证。根据计算和试验结果对补片直径、厚度等修理参数对修理效果的影响进行了分析,并提出了合理选择修理参数的一般原则。     

碳纤维复合材料红外热波检测的有限元分析

红外热波检测技术是一种可以检测材料内部缺陷的先进技术,在复合材料的缺陷诊断中具有广阔的应用前景。应用ANSYS软件对含缺陷碳纤维复合材料的红外热波检测进行了有限元分析,研究了检测时间、试件厚度、缺陷大小和缺陷深度对检测结果的影响规律。这些研究结论可为搭建红外热波检测系统和制定准确可靠的检测标准提供依据。     

基于空耦超声共振法的复合材料测厚技术研究

为解决当前传统超声检测技术对复合材料的检测耦合剂污染和检测效率低等问题,提出空气耦合超声共振法来检测复合材料薄板的厚度,从而确定缺陷的大小。利用 COMSOL 有限元仿真软件对复合材料进行建模,设置不同厚度及不同大小缺陷的物理模型来对比实验,后处理求解并进行快速傅里叶变换,提取谐振频率计算出复合材料的厚度。结果表明,超声共振法可对复合材料进行定性、定量检测;当复合材料的厚度越薄时,超声信号产生的谐振频率越大,则复合材料中所含缺陷范围越广,分层现象越严重;其检测精度可达 0.1 mm 左右,相对误差范围分布在 5% 以下。实验证明了该测厚技术的可靠性,为超薄复合材料板缺陷厚度的测量提供一定的参考和借鉴。     

碳纤维复合材料补强输电铁塔腐蚀受损地脚螺栓的试验研究

为实现输电铁塔腐蚀受损地脚螺栓的补强,采用碳纤维管及碳纤维树脂对地脚螺栓模拟试样进行修复,并对试样进行拉伸试验,获得应力-应变曲线和断裂特征,从而确定了所需碳纤维管尺寸及需灌注的碳纤维树脂厚度。试验结果表明:试样均断裂在母材部分,说明碳纤维复合材料具有良好的补强效果;碳纤维树脂厚度在3 mm以上就能取得良好效果。根据试验结果提出了地脚螺栓补强用碳纤维管主要参数选用的一般原则。     

含裂纹管道的失效评定曲线的实例验证

验证含裂纹油气管道的失效评定曲线，实例来源于某输油管线现场水压试验中爆裂的三个管段。给出基于J积分理论的含裂纹管道的失效评定曲线的基本方程，并采用有限元方法计算裂纹管道的J积分。对三个破坏的含裂纹管段，根据现场测量的裂纹尺寸和管材的力学性能试验数据，建立失效评定曲线，并与水压实验结果作比较，表明所建立的失效评定曲线的准确性。     

页岩气井下开采管路气固耦合振动特性分析

页岩气开采过程中,井下管路内气体与管路的耦合作用,会引起管路振动,这是此类管路振动失效的主要原因。管路振动响应特性与井下管路长度、气体流速及压力等参数有直接关系,因此,研究这些参数的影响对揭示页岩气管路振动规律,提高井下管路安全性及寿命有重要意义。针对页岩气井下管路,在ADINA软件平台中建立有限元分析模型,进行振动模态分析,研究管路长度、气体流速及压力对管路气固耦合振动特性的作用规律。研究结果为页岩气井下管路振动实验研究提供理论指导,同时为气固耦合振动特性研究奠定基础。     

离心载荷下贮氢压力系统结构安全评定研究

基于失效评定图技术理论,根据贮氢压力系统结构、材料和载荷特点,制定结构安全评定程序及项目。缺陷检测结果表明:贮氢压力系统主缺陷为焊缝底端未焊透。将其表征为三参量矩形环向缺口,结合材料性能数据,通过有限元应力求解可知:离心及内压综合载荷作用下最大等效应力出现在未焊透根部两侧尖端,随缺陷深度增加而增大,且变化趋势基本成线性关系;随宽度减小而增加,但宽度值大于0.5 mm后,最大等效应力基本不再变化。计算贮氢前后不同深度缺陷失效评定点Lr和Kr值,绘于失效评定图中,评定结论如下:当未焊透缺陷深度不超过60%壁厚时,结构是安全的,安全系数大于1.5;结构失效模式为塑性失稳,长期贮氢后由于材料断裂韧度的下降及缺陷的扩展,失效模式将逐步由塑性失稳转为弹塑性断裂,但效应并不显著。     

基于电磁技术的油气管道应力检测方法研究

为了实现对油气管道应力的实时监测,提出了一种基于电磁技术的管道应力检测方法.在磁机械效应的J-A模型基础上,对铁磁性材料力磁耦合关系进行数学建模,推导出应力与材料磁导率的函数关系;设计管道应力检测系统,并给出了管道表面漏磁信号与材料磁导率、激励电压和线圈匝数之间的数学关系;搭建管道打压实验平台,对管壁切向应力信号与管壁...     

Failure probability of corrosion pipeline with varying boundary condition

This paper presents the effect of external corrosion, material properties, operation condition and design thickness in pipeline on failure prediction using a failure probability model. The predicted failure assessment for the simulated corrosion defects discovered in corroded pipeline is compared with that determined by ANSI/ASME B31G code and a modified B31G method. The effects of environmental, operational, and random design variables such as defect depth, pipe diameter, defect length, fluid pressure, corrosion rate, material yield stress and pipe thickness on the failure probability are systematically studied using a failure probability model for the corrosion pipeline.     

Probabilistic prediction of the residual lifetime of a gas pipeline under pitting corrosion

With the help of a deterministic formula and statistical simulation method, the residual lifetime distribution, numerical performance, and residual factors of gas pipeline reliability are determined for the case when the yield point, pressure, and sizes of pipe walls and defects are distributed according to the Gauss law. The optimal strategy is determined for preventing the failure of the examined gas pipeline, which minimizes emergency failure and increases gas pipeline safety.     

压力管道漏损探测系统设计与应用

地下压力管道敷设在地下具有隐蔽性,由于管网材料、施工、使用、运行、外部环境、管理等因素,造成管网漏损现象非常普遍。查找压力管道漏点位置主要采用听漏判别法,通过对不同漏点的声音进行判别,从而确定漏点的位置。该文通过设计一套压力管道漏损探测系统,在管道组不同子管路上模拟漏水点,且在子管路上迅速切换,以分辨和掌握不同管材、管径、流速的漏点声音特质;通过各种阀门的开闭来模拟漏水点;最后通过对压力管道漏损量计算,检验系统的可行性。     

Impact of improving design factor over 0.72 on the safety and reliability of gas pipelines and feasibility justification

Many years experience of the operation of high stress (>72% specified minimum yield strength,SMYS) gas pipelines and statistical analysis results of pipeline incidents showed that the operating pipelines at stress levels over 72% SMYS have not presented problems in USA and Canada,and design factor does not control incidents or the safety of pipelines.Enhancing pipeline safety management level is most important for decreasing incident rate.The application history of higher design factors in the U.S and Canada was reviewed.And the effect of higher factors to the critical flaw size,puncture resistance,change of reliability with time,risk level and the arrest toughness requirements of pipeline were analyzed here.The comparison of pipeline failure rates and risk levels between two design factors (0.72 and 0.8) has shown that a change in design factor from 0.72 to 0.8 would bring little effect on failure rates and risk levels.On the basis of the analysis result,the application feasibility of design factor of 0.8 in China was discussed and the related suggestions were proposed.When an operator wishes to apply design factor 0.8 to gas pipeline,the following process is recommended: stress level of line pipe hydro test should be up to 100% SMYS,reliability and risk assessment at the design feasibility or conceptual stage should be conducted,Charpy impact energy should meet the need of pipeline crack arrest;and establish and execute risk based integrity management plan.The technology of pipeline steel metallurgy,line pipe fabrication and pipeline construction,and line pipe quality control level in China achieved tremendous progresses,and line pipe product standards and property indexes have come up to international advanced level.Furthermore,pipeline safety management has improved greatly in China.Consequently,the research for the feasibility of application of design factor of 0.8 in China has fundamental basis.     

超(超)临界疏水阀开阀水锤及管道振动

针对超(超)临界疏水阀开阀水锤及阀后管道振动问题,运用充液管道振动分析的流固耦合理论及特征线法,建立开阀水锤及管道振动的数学模型,求解得到疏水阀在不同流量特性及不同套筒层数下阀开启时水锤压力、流体流速、管道轴向内力和管道振速的时域曲线。研究结果表明:水锤压力取决于流体的流速与压力相互作用,管道内力受水锤压力影响较大,局部受管道振速影响;额定流量恒定时,线性流量特性下水锤峰值压力明显小于快开特性,流速大于等百分比特性,超(超)临界疏水阀宜选用线性流量特性;随着套筒层数增加,水锤压力峰值和管道轴向内力峰值减小,但开阀初始阶段流速波动和管道振动增加。     

油气管道柔性测径传感器设计及其结构优化

油气管道测径技术是检测管内通径变化、保障管道安全的重要手段。 针对传统薄铝盘测径板无法检测多处缺陷且不可 重复使用等问题,本文设计了一种柔性测径传感器,其通过置于聚氨酯柔性测径盘中的电阻应变片测量遇阻时的应变变化,实 现管内缺陷量化检测。 结合 ABAQUS 软件建立应变片和聚氨酯密封盘的耦合模型,分析产生拉压变形时的应变输出特性,并 基于敏感栅应变趋势,寻找应变片最优放置位置。 通过柔性测径传感器性能检测实验台,对柔性测径传感器的功能进行测试。 最后结合 BP 神经网络与遗传算法得出使传感器检测性能最佳的结构参数。 研究结果表明,对于 DN200 的管道,当测径盘外径 为 97. 5% 的管道内径,测径盘厚度 19 mm,测径盘瓣间距 8 mm 时,柔性测径传感器能较好表征凹陷的几何尺寸,对于油气管道 变形检测作业具有一定的工程应用价值。