利用X80材料在高壓氫環(huán)境下的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立輸氫管道的非線性材料模型,同時(shí)考慮土體材料非線性、管道幾何變形非線性以及管土接觸非線性等特征,利用ABAQUS模擬研究了埋地X80輸氫管道在走滑斷層下的力學(xué)響應(yīng),給出了管道的許用壓縮應(yīng)變值,討論了斷層位移量、輸氫壓力、斷層角等參數(shù)對(duì)管道失效模式的影響,結(jié)果表明:輸氫壓力對(duì)管道的整體應(yīng)變水平影響較小,管道應(yīng)變主要由管土相對(duì)位移引起,內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)變可忽略;斷層角對(duì)管道失效模式具有顯著的影響,當(dāng)斷層角小于75°時(shí),管道易發(fā)生屈曲失效,當(dāng)斷層角大于75°時(shí),管道易發(fā)生拉裂失效。 

【文章來(lái)源】：壓力容器. 2020,37(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

X80管線鋼在高壓氫環(huán)境下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

依據(jù)管道跨斷層的理論分析[20]、模擬[8,21]和試驗(yàn)[22]研究，認(rèn)為當(dāng)管土長(zhǎng)度為60倍的管徑D時(shí)，可忽略管道長(zhǎng)度對(duì)斷層運(yùn)動(dòng)下管道變形的影響。本文取管土長(zhǎng)度L=60D，土體寬度W=10D，土體高度T=5D，斷層線左側(cè)土層為固定端，右側(cè)土層為移動(dòng)端，斷層線與管土上表面垂直，斷層角φ=90°，依據(jù)管道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取管道埋地深度H=2D�？紤]管道大變形以及管土邊界接觸非線性等特點(diǎn)，對(duì)管道與周圍土體采用接觸對(duì)方法模擬其相互作用，其中管土摩擦系數(shù)取0.3。管道采用四節(jié)點(diǎn)減縮殼單元(SR4)，土層采用八節(jié)點(diǎn)減縮實(shí)體單元(C3D8R)，在斷層運(yùn)動(dòng)中心區(qū)域(L1=20D)進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，管道環(huán)向設(shè)80個(gè)網(wǎng)格，軸向尺寸設(shè)為40 mm。設(shè)置加載順序?yàn)?(1)對(duì)整體模型施加重力載荷;(2)對(duì)管道施加壓力載荷;(3)對(duì)土層施加位移載荷。經(jīng)試算發(fā)現(xiàn)，該有限元模型可完整模擬出埋地管道屈曲失效過(guò)程。埋地輸氫管道管土整體有限元模型如圖2所示。

斷層運(yùn)動(dòng)下管道軸向應(yīng)變?nèi)鐖D3所示。當(dāng)斷層位移較小時(shí)，管道軸向應(yīng)變沿?cái)鄬泳�近似呈對(duì)稱分布，斷層線左側(cè)受到壓縮作用，右側(cè)受到拉伸作用。隨著斷層位移的增大，管道軸向壓縮應(yīng)變?cè)龇^快，形成明顯的應(yīng)變集中，進(jìn)而引發(fā)管道特定位置的屈曲失效，失效位置距斷層線距離用Lc表示，屈曲失效發(fā)生時(shí)的臨界斷層位移用dc表示。管道軸向拉伸應(yīng)變隨著斷層位移的增大在特定位置同樣產(chǎn)生應(yīng)變集中現(xiàn)象，當(dāng)最大軸向拉伸應(yīng)變值超過(guò)許用拉伸應(yīng)變時(shí)，認(rèn)為管道發(fā)生拉裂失效，失效位置距斷層線距離用Lt表示，拉裂失效發(fā)生時(shí)的臨界斷層位移用dt表示。依據(jù)《Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe》[23]和《Guidelines for the Seismic Design and Assessment of Natural Gas and Liquid Hydrocarbon Pipelines》[24]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取2%作為輸氫管道的許用拉伸應(yīng)變值。

【參考文獻(xiàn)】：
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