發(fā)布時(shí)間：2019-09-11 11:33

【摘要】：采用許用應(yīng)力法對(duì)腐蝕海底管道的安全性進(jìn)行評(píng)估,并通過(guò)有限元模擬對(duì)組合載荷(內(nèi)壓與軸向壓應(yīng)力疊加作用)下單缺陷腐蝕海底管道進(jìn)行應(yīng)力分析,探討了影響管道峰值應(yīng)力的缺陷幾何參數(shù)的敏感性。結(jié)果表明:軸向壓應(yīng)力一定時(shí),隨內(nèi)壓不斷增加,管道有效應(yīng)力呈先下降后上升的變化趨勢(shì),進(jìn)入屈服穩(wěn)定階段后,有效應(yīng)力繼續(xù)增大,直至管道破壞。
【圖文】：

為管道抗拉強(qiáng)度；Ｄ為管道外直徑；ｄ為管道缺陷深度；Ｑ為缺陷長(zhǎng)度系數(shù)。許用應(yīng)力法是針對(duì)海底管道極限內(nèi)壓的計(jì)算方法。它忽略了評(píng)估過(guò)程中多種與概率統(tǒng)計(jì)相關(guān)的參數(shù)，較大程度地簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。通過(guò)許用應(yīng)力法對(duì)內(nèi)壓與軸向壓應(yīng)力疊加作用下單缺陷腐蝕海底管道進(jìn)行安全性評(píng)估的流程如圖１所示。圖１單缺陷腐蝕海底管道安全評(píng)估流程圖Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｉｎｇｌｅｄｅｆｅｃｔｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅ２案例分析待評(píng)價(jià)管道參數(shù)：管道外徑Ｄ為４００ｍｍ；未腐蝕的管壁厚度ｔ為１５ｍｍ；缺陷長(zhǎng)度ｌ為２００ｍｍ；缺陷寬度ｃ為１００ｍｍ；缺陷處最大深度ｄ為９ｍｍ（管壁厚度６０％）；定義最小抗拉強(qiáng)度σｕ為４５５．１Ｎ／ｍｍ２（Ｘ５２鋼），管道最大軸向壓應(yīng)力σＬ為－２００Ｎ／ｍｍ２。２．１案例評(píng)估步驟步驟一：判定缺陷腐蝕管道是否需要考慮外部載荷作用。通過(guò)式（３）計(jì)算約束極限的失效應(yīng)力σ１。σ１＝－０．５σｕ１－ｄ（）ｔ１－ｄ（）ｔＱ（３）如果σＬ＞σ１，則管道外載荷作用不能忽略。將待評(píng)價(jià)管道參數(shù)代入式（３）得σ１等于－１３８．４５Ｎ／ｍｍ２，所以不能忽略管道外載荷。步驟二：按式（４）計(jì)算僅內(nèi)壓作用下的單缺陷腐蝕管道的極限內(nèi)壓ｐｐｒｅｓｓ，為２１．５８Ｎ／ｍｍ２。ｐｐｒｅｓｓ＝２ｔσｕＤ－ｔ１－ｄ（）ｔ１－ｄ（）ｔＱ（４）步驟三：按式（５）～（８）計(jì)算內(nèi)壓和軸向壓力疊加作用下的單缺陷腐

模擬將管道長(zhǎng)度設(shè)為管道外徑的２倍。在安全工作應(yīng)力下腐蝕管道缺陷處應(yīng)力分布如圖２所示。圖２腐蝕管道缺陷處應(yīng)力分布云圖２Ｃｌｏｕｄｍａｐｏｆｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅａｒｄｅｆｅｃｔｉｎｐｉｐｅ由圖２可知：由于腐蝕缺陷的影響，海底管道的缺陷位置出現(xiàn)幾何特性突變，并出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，管道的峰值應(yīng)力出現(xiàn)在缺陷的四周，且管道應(yīng)力從缺陷位置往周圍呈減小趨勢(shì)；安全工作應(yīng)力下腐蝕海底管道峰值應(yīng)力為２５９．９ＭＰａ，未達(dá)到管道材料的屈服強(qiáng)度；而當(dāng)管道達(dá)到極限內(nèi)壓時(shí)，，管道缺陷的峰值應(yīng)力為３４２．６ＭＰａ，接近管道的屈服強(qiáng)度。圖３為內(nèi)壓遞增情況下腐蝕海底管道峰值應(yīng)力變化圖。其中，腐蝕管道內(nèi)壓ｐ與完好管道極限內(nèi)壓ｐ０的比值ｐ／ｐ０為無(wú)量綱變量。圖３腐蝕海底管道峰值應(yīng)力隨極限內(nèi)壓變化圖Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｐｅａｋｓｔｒｅｓｓｗｉｔｈｂｕｒｓｔｐｒｅｓｓａｒｅｉｎｃｏｒｒｏｄｅｄｓｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅ通過(guò)ＡＢＡＱＵＳ模擬結(jié)果可知完好海底管道的極限內(nèi)壓ｐ０為２７．３７ＭＰａ。由圖３可以看出，純內(nèi)壓作用下，隨腐蝕管道在內(nèi)壓的不斷增大，峰值應(yīng)力線性增加；且當(dāng)內(nèi)壓增大到管道極限內(nèi)壓時(shí)，峰值應(yīng)力剛好達(dá)到管道屈服強(qiáng)度。純內(nèi)壓作用的腐蝕管道在服役過(guò)程中經(jīng)歷了彈性變形階段、非彈性擴(kuò)展階段和屈服強(qiáng)化階段。內(nèi)壓與軸向壓力疊加作用的腐蝕管道在內(nèi)壓增加的過(guò)程中，峰值應(yīng)力先下降后升高。組合載荷的部分應(yīng)力相互抵消使管道的彈性階段線性特征不明顯，當(dāng)腐蝕管道峰值應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，管道也進(jìn)入非彈性擴(kuò)展階段。且當(dāng)ｐ／ｐ０大于０．４時(shí)，軸向壓應(yīng)力的存在減小了腐蝕
【作者單位】： 海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院;
【分類號(hào)】：P756.2

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本文編號(hào)：2534391