基于ABAQUS的X80管线钢焊接残余应力数值模拟

以有限元软件ABAQUS为基础,采用热-应力顺序耦合的计算程序,建立多分析步生死单元对X80管线钢焊接残余应力及焊后热处理进行模拟。结果表明:焊热过程会产生较大残余应力;管道的环向残余应力大于轴向应力;外表面的等效残余应力大于内表面的等效残余应力;热处理后,内表面的残余应力下降幅度为76.7%,外表面的残余应力下降幅度为35.9%。     

含不同尺寸裂纹管道极限内压的有限元模拟及计算公式修正

建立了含热影响区裂纹X80焊接管道模型,模拟了残余应力分布并进行了验证;采用有限元方法模拟得到有、无焊接残余应力以及不同裂纹尺寸下焊接管道的极限内压,并与ASME B31G标准、DNV RP-F101标准和PCORRC方法计算得到的进行对比;结合PCORRC方法和有限元模拟结果修正了极限内压计算公式。结果表明:无论是否存在焊接残余应力,焊接管道的极限内压均随裂纹深度或长度的增大而降低,且焊接残余应力对极限内压的影响随裂纹长度的增大而减小;3种方法计算得到的极限内压均随裂纹深度的增大而降低,但裂纹越深,计算结果与模拟结果的误差越大;采用修正公式计算得到含表面裂纹管道和含热影响区裂纹焊接管道的极限内压和模拟结果的相对误差分别在8%,7%以内,说明此极限内压计算公式具有一定的工程适用性。     

基于ABAQUS的X80压力管道裂纹扩展研究

首先利用材料试验机测定X80管线用钢的材料参数,得到了X80管线钢的应力-应变曲线;利用ABAQUS软件构建了用于研究X80压力管道裂纹扩展的有限元仿真模型,并通过将模型的仿真结果和理论计算值进行比较,验证了有限元模型的可靠性;然后用有限元仿真模型对X80管道表面裂纹的应力强度因子和J积分进行了计算和分析;后又验证了扩展有限元法的合理性,对裂纹扩展过程进行了仿真;最后对应力强度因子和J积分的计算结果进行了分析和比较,总结了X80应力管道裂纹扩展的一般规律,得出了裂纹角度大于14.5°时较短裂纹的强度因子更低,内表面裂纹比外表面裂纹更加危险。研究结果为X80压力管道的安全评估提供了相应的参考。     

基于有限元的长输管道凹陷回弹系数研究

目前大多利用经验公式来估算内压卸载后的凹陷深度,并且没有估算外载荷卸载后凹陷深度的公式。以长输管线上常见的X52、X60、X70钢制管道为工程背景,运用ABAQUS软件进行管道结构力学的非线性分析,模拟了管道凹陷的形成及回弹过程。通过对比试验与数值模拟数据,验证了有限元仿真方法的可靠性。分别在外载卸载及内压卸载的情况下分析了各参数(加载深度、压头尺寸、管道尺寸、操作压力、管材性能)对凹陷回弹系数的影响。运用Matlab软件对计算结果进行非线性回归分析,得到回弹系数与各参数的关系表达式。结果表明:外载作用下凹陷的回弹系数变化范围较大,约在0.4~0.8之间;而内压卸载后凹陷的回弹系数变化范围相对较小,约在1.05~1.3之间。该研究工作有助于管道维护人员对凹陷的回弹量做出合理的估算。     

波动载荷下X80管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究

在基于西气东输二线的工程背景下,首先通过实验测得X80管材的应力-应变曲线,为仿真计算提供依据;接着通过Walker公式推导出了基于能量释放率的全尺寸管道疲劳裂纹扩展公式,并通过Python编程将裂纹扩展公式与ABAQUS衔接,对照管道全尺寸裂纹疲劳实验证明了模型的可行性;分析了动静态扩展时裂纹四周的应力变化特点,发现静态扩展时内压高于8 MPa外表面裂纹扩展速度将超过内表面裂纹;最后使用该模型计算了管道在不同应力比及不同形状参数裂纹时的疲劳寿命变化规律,得出了增加管道壁厚和提高应力比有利于延长管道疲劳寿命的结论,为实际管道运行的安全评估提供参考。