06含缺陷管道的剩余强度评价.ppt

第六章 含缺陷管道的剩余强度评价 管道服役一段时间以后，必然产生各类缺陷； 管道上常见的缺陷主要有两大类： 体积型（腐蚀）缺陷——内、外腐蚀产生，最为常见； 平面型（裂纹）缺陷——产生原因复杂，与材质、制造工艺、使用环境有关，最危险； 二、 管道裂纹的线弹性应力强度因子 1、裂纹的类型 根据裂纹在管壁中的位置不同，一般把裂纹分为穿透裂纹、表面裂纹和埋藏裂纹三种类型： 穿透裂纹是指贯穿整个管壁的裂纹。 表面裂纹是指与管壁的表面之一相接触的裂纹。 埋藏裂纹是指处于管壁之内并不与管壁表面相接触的裂纹。 其中表面裂纹在管道中最为常见。 2、穿透裂纹的应力强度因子 三、弹塑性断裂分析的J积分判据 塑性区接近或超过裂纹长度。 减少断裂的三种途径 降低裂纹长度； 提高管材和焊缝的断裂韧性； 增加壁厚，降低管道的应力水平。 第二节　含裂纹缺陷管道的剩余强度评价 第三节 含体积型（腐蚀）缺陷管道的剩余强度评定 管道的腐蚀缺陷主要由腐蚀过程产生，描述管道腐蚀缺陷的两个基本参量是缺陷的深度和长度，如图所示： 一、单一缺陷（ASME B31G－1991方法） 例题 在直径762mm、壁厚11.9mm的材质为X52的管道上，发现长190mm、深5mm的缺陷，该管线的设计系数为0.72，管线最大操作压力是7MPa。试确定这一腐蚀缺陷是否可以接受。 解： X52管线钢的屈服极限 二、组合缺陷（DNV RF101方法） 必须考虑缺陷之间的相互作用 详细步骤 对组合缺陷中的每一个缺陷，按照单个缺陷对待，计算失效压力； 计算组合缺陷的等效长度； 计算组合缺陷的等效深度； 管道爆破压力 根据缺陷的几何尺寸，得到 按照ASME B31G－1991方法确定管道失效压力 考虑设计系数后，得到管道的安全工作压力 管道的现行最大操作压力为7MPa，小于上式确定的管道安全工作压力，管道可继续使用，不需要修理缺陷。 金属损失面积的确定方法 精确面积法 ：精确面积等于腐蚀区的总长度与平均深度的乘积 等效面积法 ：是精确面积法的另一种计算方法 有效面积法 对每一个梯形截面计算出管段的失效压力，把其中最小的失效应力作为管子的失效压力。 L5 L3 L4 L1 L2 L10 * * 第一节 含缺陷管道剩余强度评价的断裂力学基础 断裂由裂纹的不稳定扩展造成。 断裂是结构破坏的一种最严重的形式，它的后果往往是灾难性的。 管道产生裂纹的原因 制造：焊缝和母材中的缺陷，如分层、夹渣、未焊透等； 施工：钢材在运输、装卸、组装、下沟等过程中造成的表面 机械损伤，如划痕、压坑等； 运行：腐蚀环境造成的缺陷等。 张开型 滑开型 撕开型 一、应力强度因子和断裂韧性 裂纹尖端的奇异应力场 应力强度因子KI：反映了裂纹尖端邻域的应力场强度，称为裂纹尖端应力场强度因子，简称应力强度因子。 断裂韧性KIC：表征了材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏能力的一个韧性指标； KIC由材料实验确定——多种方法。 断裂准则 ： KI＜KIc　　裂纹不会失稳扩展或止裂 KI≥KIc　 裂纹失稳扩展 2a c 2a 2c 2a （1）对于管道上的轴向穿透裂纹 （2）对于管道上的环向穿透裂纹 式中，M为鼓胀因子。 3、表面半椭圆裂纹的应力强度因子 4、埋藏裂纹的应力强度因子 塑性区 弹性区 断裂准则 ： J＜JIc　　裂纹不会失稳扩展 J≥JIc　 裂纹失稳扩展 四、穿透裂纹管道的大范围屈服断裂 裂纹尖端张开位移 对于管道穿透裂纹，引入鼓胀效应系数M。 考虑到实际材料的应变硬化效应，将屈服强度改为流变应力，得。 例题：管道直径d=720mm，壁厚8mm，E=200GPa，v =0.3，σs=485MPa，Δc=0.05mm，轴向裂纹长2a=10mm，试按二类地区输气管道确定管道的容许工作压力。 解：鼓胀效应系数 因此，可忽略筒体曲率影响，视为无限大中心裂缝板，最危险的缺陷是纵向裂纹，方向垂直于环向应力。 裂纹尖端张开位移： 按二类地区计算，设计系数为0.6，则管道的容许工作压力为 当评定点落在评定曲线内侧，裂纹可以接受； 当评定点落在评定曲线外侧，裂纹不能接受，结构不安全。 适用范围：上式是根据小范围屈服的条件得到的，此图只能用于Lr≤0.53时的脆性断裂评定。 失效评定图－－以弹塑性断裂力学的J积分理论为基础，考虑材料的应变硬化效应，建立失效评定曲线。 通用失效评定图－－我国《GB/T19624－2004在用含缺陷压力容器安全评定》中采用。 对奥氏体不锈钢，Lrmax＝1.8；对无屈服平台的低碳钢及奥氏体不锈钢焊缝， Lrmax＝1.25；对无屈服平台的低合金钢及其焊缝， Lrmax＝1.15；对于具有长屈服平台的材