基于有限元与神经网络的含裂纹缺陷管道安全性分析

油气管道在服役过程中受外界环境影响(特别是大气和土壤作用),极易发生腐蚀而在管体表面产生腐蚀缺陷.这些缺陷会对在役管道的服役安全造成严重损害,其中尤以裂纹型缺陷危害程度最大.裂纹缺陷的存在将破坏管体表面的几何连续性,改变裂纹周围的应力应变状态,最终导致管道承压能力下降,危及管道服役安全.为此,该研究首先通过有限元方法建...     

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

采用数值模拟和宽板拉伸实验相结合的方法,研究单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为. 基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸位置参数,利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型分析拉外力下的应力分布特点,研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律;设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,研究管道应变与裂纹扩展情况. 结果表明：拉应力下管道宽板模型具有可靠性;随着缺陷尺寸的增大,相对长度为0.79、相对深度为45.98的缺陷对裂纹萌生影响最大. 对比宽板试验发现,宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生较大影响.     

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

本文基于数值模拟和宽板拉伸实验方法,研究了单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为。首先基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸,然后利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型,通过分析外力下的应力分布特点,验证了管道宽板模型的可靠性；其次采用有限元软件研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律,结果表明相对长度0.79(实际长度为20mm)和相对深度为45.98(实际深度4mm)的缺陷对裂纹萌生影响较大。最后通过设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,结果表明宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生了较大影响。     

海底管线用钢焊接接头的安全评定及寿命预测

焊接接头是海底油气输送管道焊接结构中的薄弱环节，作者在给定裂纹尺寸和载荷条件下，根据裂纹尖端张开位移CTOD试验结果，采用欧共体提出的结构完整性评定方法SINTAP，对API5LX65管线钢焊接接头焊趾处的表面裂纹进行评定，根据拉伸试验结果，给出了X65管线钢焊接接头焊缝和母材的一级与三级评定曲线，结果表明，不论采用一级还是三级评定，各评定点均在评定曲线定义的范围内，说明该结构是安全的，根据评定结果对结构进行疲劳寿命估算具有工程实际意义和经济价值。     

油气管线裂纹型缺陷的疲劳寿命预测

利用文献数据,采用Paris公式计算和分析含轴向表面裂纹的油气输送用X60管线钢的疲劳裂纹扩展过程,通过对比含裂纹缺陷油气输送管的全尺寸实物疲劳试验结果,对所采用的基于失效评定图技术的含裂纹缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果进行了间接的试验验证.结果表明,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与试验结果相吻合,采用小试样测试结果经Newman法修正后进行油气输送管道的疲劳寿命计算和分析是可行的.     

复合材料修复含环向裂纹管道试验研究

为了确定含环向裂纹管道的复合材料修复厚度,基于等效刚度补偿原理,提出了等效刚度铺层厚度计算方法,设计了全尺寸未补强管道和补强管道的对比试验,观察到裂纹唇口轴向应变与裂纹唇口张开位移(CMOD)的线性关系,验证了依据等效刚度铺层厚度计算方法的修复效果.试验结果表明,复合材料能够连接环向裂纹两边的管体,形成管体—复合材料缠绕层一体的新型复合结构,改善裂纹的边界约束条件,进而改变管道裂纹处应力状态,恢复含裂纹管道的承载能力.对比管道补强前后管道裂纹处轴向和环向应变曲线可知,依据等效刚度计算方法进行铺层厚度设计,能提高裂纹管道承受内压和弯矩的安全裕度.     

时反导波对管中通透裂纹扩张过程的检测规律研究

将时间反转方法用于管道缺陷超声导波检测时,可实现导波能量在缺陷处的时间—空间聚焦,但需进一步研究该方法对沿轴向、周向扩张通透裂纹的检测规律.采用数值时反方法观察了管中导波能量聚焦过程,研究了时反前、后缺陷回波反射系数随通透裂纹扩张过程的变化规律.结果表明,当裂纹张角较小时,时反后的缺陷回波反射系数相对于时反前增大较大,随着裂纹张角的扩张,时反前、后缺陷回波反射系数逐渐趋于相等;当裂纹轴向长度从λ/100增大至λ过程中,时反后的缺陷回波反射系数是时反前的5—8倍,且最大、小值出现规律一致.     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则 ,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式 ,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

点蚀坑对表面裂纹的影响

研究利用虚拟裂纹闭合法和通用有限元程序计算裂纹应变能释放率(G),通过数值解与埋藏圆片裂纹的解析解的对比分析验证了数值解的合理性.对点蚀与表面裂纹的结构进行有限元建模,并计算不同尺度点蚀下的裂纹应变能释放率,结果表明,当点蚀与表面裂纹的尺度相近时,点蚀会在一定程度上使得裂纹应变能释放率变小.