含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究.pdfVIP

第 28 卷 　第 10 期 石 　油 　机 　械 　　　2000 年 试验研究 含腐蚀凹坑缺陷管道的极限载荷研究 沈士明 　孙洪彬 　郑逸翔 (南京化工大学机械工程学院) 　　摘要 　腐蚀凹坑是石油与天然气输送及石化管道常见的缺陷之一 , 会使管道产生应力集中 , 抗疲劳载荷能力降低 。为寻求腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响 , 用有限元弹塑性分析法 和试验方法 , 对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道进行研究 , 得到了含不同球形腐蚀凹坑缺陷压力 管道在内压和弯矩联合作用下的极限载荷 。试验研究证明 , 在内压和外弯矩作用下 , 腐蚀球形凹 坑底部应变值最大 , 并首先屈服 , 试验测定载荷 - 应变曲线与有限元计算的基本一致 , 最大误差 为 732 % 。腐蚀凹坑半径相同时 , 管道的极限载荷随凹坑深度的增加而降低 ; 而凹坑深度相同 时 , 极限载荷随凹坑半径的加大而降低 。 　　主题词 　油气管道 　腐蚀凹坑 　极限载荷 　有限元计算 　试验 些方法仅适用于简单载荷下简单结构的极限载荷计 前 　　　言 算 , 对含腐蚀球形凹坑缺陷的压力管道 , 因所受载 荷的复杂性 , 目前尚无理论的精确解 。笔者采用弹 在石油与天然气输送及石化管道中 , 腐蚀凹坑 塑性有限元法和试验方法 , 分别计算和测定在内压 是常见的缺陷之一 。输送管道由于受输送介质和土 和外弯矩联合作用下 , 含腐蚀球形凹坑缺陷压力管 壤中腐蚀物质的腐蚀 , 内壁和外壁产生腐蚀凹坑 。 道的极限载荷 。 腐蚀凹坑大多是球形凹坑 , 有深有浅 , 深的超过管 壁厚度的一半 。 极限载荷的有限元分析 腐蚀凹坑一方面造成压力管道受载面积减小 , 使管道承载能力下降; 另一方面 , 在载荷作用下 , 1 有限元计算模型的建立 在凹坑处产生应力集中现象 , 削弱管道抗疲劳载荷 有限元计算模型是针对试验研究的试件而建立 的能力 。因此 , 从理论上和实验上进行研究 , 寻求 的。试验采用 108mm ×6 mm 钢管 , 钢管两端支承 腐蚀球形凹坑对压力管道极限载荷的影响 , 是工程 间距为 1000mm , 弯矩由4 点弯装置产生 , 加载点 界所关注的课题之一 。 间距为 300mm 。 压力管道所承受的载荷通常为内压和外弯矩 。 由钢管的结构尺寸 、载荷状况与约束条件的对 实践表明 , 在管道中内压引起的应力远低于外弯矩 称性 , 计算模型选取时 , 以通过钢管轴线和凹坑中 所产生的应力 , 因此研究所求的极限载荷是指压力 心的纵向截面 , 以及通过凹坑中心的钢管横截面 , 管道所承受的极限弯矩 。工程构件的极限载荷可以 将钢管剖分为 4 份 , 取其 1/ 4 结构作为计算模型 。 用塑性力学中的解析法和上下限定理来求得 , 但这 图 1 所示为有限元计算模型 。 该项 目为国家 “九五”科技攻关项