压力管道缺陷评价标准对比

分析了国际常用的新旧R6、EPRI和ASME IWB-3650压力管道评价标准方法的基础理论,介绍了其适用范围及优缺点.针对管道不同裂纹情况,提出了使用这4种标准进行评价的相关建议:针对一般裂纹问题,采用失效评价图法进行评价;对非穿透裂纹管道,应直接计算其塑性极限载荷和应力强度因子,并以裂纹起裂或塑性失稳作为判定管道失效的准则;如果无法确定裂纹管道的塑性极限载荷值,建议采用断裂力学的理论和相关计算进行评价;对于无法得到塑性极限载荷计算公式的裂纹情况,可采用有限元法计算其数值结果.(图2,参10)     

两裂纹相互作用对管道应力强度因子的影响

针对油气输送管道内表面两裂纹相互影响的情况,运用有限元方法,模拟分析了X80钢制管道内三维表面裂纹尺寸、裂纹间距对裂纹应力强度因子的影响规律。研究结果表明:两裂纹(分别为固定裂纹与可变裂纹)的间距越大,两裂纹相互作用越小,当间距达到或超过一定值时,对应力强度因子几乎不产生影响,仅需考虑主要裂纹对管道寿命的影响;可变裂纹的相对壁厚比越小或形状比越大,两裂纹相互作用越小,当相对壁厚比小于0.2或形状比大于0.8时,可以忽略其对应力强度因子的影响,且形状比对最大应力的影响远远小于壁厚比与裂纹间距对最大应力的影响。     

考虑裂纹的CNG地下储气井剩余强度数值模拟

由于天然气中存在的硫化氢等气体具有腐蚀性,因此储气井在建设和服役过程中,井管内表面容易在腐蚀和应力的双重作用下产生裂纹,最终导致井管破裂失效。建立储气井井管-水泥环-地层数值模型,采用传统基于工作应力的方法和基于断裂力学应力强度因子的方法分析了含裂纹储气井的剩余强度,得出不同条件下许可裂纹的尺寸。结果表明:基于断裂力学应力强度因子的分析方法可以更准确地判定危险点位置,能够有效排除CNG储气井安全事故隐患。(图7,表1,参25)     

管道轴向穿透裂纹尖端应力强度因子数值模拟

裂纹是管道中常见的缺陷形式,其应力强度因子是开展管道安全性评价的重要依据。为了准确获得管道中裂纹的应力强度因子,采用1/4节点法建立了求解长输管道轴向穿透裂纹应力强度因子的有限元模型,并将有限元法和解析法求得的应力强度因子进行对比,验证了新建模型的可靠性。分析了内压、裂纹长度、内径以及厚径比对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时探究了沿壁厚方向应力强度因子的变化规律。结果表明:内压、裂纹长度的增加,将会导致应力强度因子增大;内径、厚径比的增大,则会使应力强度因子减小,且当内径超过500 mm时,应力强度因子不再随着直径的增加而发生变化;管道外壁处应力强度因子始终高于内壁处,随着内压的增加,裂纹将从管道外壁启裂。采用1/4节点法计算裂纹尖端的应力强度因子,其操作方便、计算精度高,可为开展长输管道的安全评价工作提供参考。(图10,表6,参24)     

高钢级管道环焊缝应变能力评价

为了评价高钢级管道环焊缝的应变能力,建立了基于材料损伤理论的管道环焊缝有限元模型。通过优化裂纹尖端网格尺寸,准确模拟了裂纹尖端的应力分布及撕裂过程。采用屈服强度和均匀延伸率表征高钢级管道的材料特性,计算并分析了管道环焊缝的裂纹驱动力曲线,建立了裂纹扩展失稳准则和材料断裂韧性准则两种失效判据,研究了管道材料性能、裂纹长度及内压对裂纹驱动力的影响,定量分析了这些影响因素与管道应变能力之间的关系。结果表明:较之内压,裂纹长度对管道应变能力影响较大,材料均匀延伸率较屈服强度对管道的应变能力影响更大。针对基于应变设计的管道,建议对环焊缝提出均匀延伸率等塑性容量指标的要求,从而更好地为基于应变的高钢级管道的设计和评价提供技术依据。     

混凝土复合型裂缝最大拉应变断裂准则

根据线弹性断裂力学,推导出了复合型裂纹的最大拉应变断裂准则,并与最大拉应力理论、应变能密度因子理论作了比较、分析;最后引用了大量试验资料验证了最大拉应变理论的适用性。     

混凝土复合型裂缝最大拉应变断裂准则

根据线弹性断裂力学,推导出了复合型裂纹的最大拉应变断裂准则,并与最大拉应力理论、应变能密度因子理论作了比较、分析、最后引用了大量试验资料验证了最大拉应变理论的适用性。     

薄壁管道表面裂纹的应力强度因子计算

在已进行过的关于管道表面裂纹的应力强度因子计算工作中，都只局际于化工或核工业使用的厚壁管道，对于输送油气的薄壁管道其表面裂纹庆力强度因子尚未见到有关文献报道，用有限单元法计算了超薄壁管道中一些轴向和环向表面裂纹尖端的应力强度因子，给出了近似计算公式，并对结果进行了分析讨论，对于轴向裂纹与外面裂纹的应力强度因子基本相同，内表面裂纹的略大一点，两条裂纹的应力强度因子比单条裂纹的略大一点。     

不同应力状态下大口径管道超声波传输规律

服役状态下的大口径管道内部存在较大应力,严重影响管道的抗腐蚀能力、抗疲劳强度等性能,因此实现对其内部应力的在线监控至关重要。基于单向及两向应力状态下超声纵波声弹性理论,通过设计二维平面应力超声纵波测试系统及薄膜应力测试施力装置,进行了单向及两向应力状态下声弹性效应试验,验证了理论的准确性。目前工程上主要应用单向应力状态下的声弹性理论测量管道应力分布,但对比两种应力状态下声弹性理论方程可知,单向应力状态下的声弹性方程忽略了应力方向与声波传播方向之间的夹角对应力测量的影响,基于此,进行了一系列探究试验,得出了应力方向与声波传播方向之间的夹角对应力测量的影响规律。     

非静水压力下圆形隧洞围岩塑性区分析

【目的】针对地下圆形洞室承受非静水初始压力作用下的平面应变问题,分析围岩的塑性区范围,为评价围岩稳定性和洞室支护结构的设计提供依据。【方法】对洞室围岩弹塑性边界两侧分别采用复变函数理论和滑移线场理论得出弹性区和塑性区应力组合表达式,根据弹塑性边界上应力相等得到边界方程;通过有限元算例将本研究方法的结果与卡斯特纳等方法的分析结果进行比较,并分析静水压力的变化情况。【结果】弹塑性边界为近似椭圆形,长轴与最大初始应力方向垂直;本研究方法与有限元分析结果更为接近,能够很好地反映洞室围岩塑性区范围;在静水压力下的分析结果与卡斯特纳公式所得塑性区半径一致。【结论】在非静水压力下塑性区全部包围洞室时,本研究方法能够更好地用于指导支护结构设计以及围岩稳定性评价。