石油和天然氣是世界燃料的主要構(gòu)成成分,管道是長距離輸送油氣的重要結(jié)構(gòu)。雖然管道是一種非常安全的能源運(yùn)輸方式,但也面臨著許多威脅,尤其是腐蝕。如果管道發(fā)生故障,會帶來巨大的環(huán)境危害與經(jīng)濟(jì)損失。由于在工程實(shí)際中,腐蝕形狀多以不規(guī)則的群腐蝕形式出現(xiàn),而現(xiàn)有的絕大部分計(jì)算剩余強(qiáng)度的方法,其對象都是單一腐蝕缺陷管道,從而使評價(jià)結(jié)果往往過于保守。為確定管道是否能正常服役,避免事故發(fā)生,有必要對多點(diǎn)腐蝕缺陷管道的失效壓力及缺陷間相互作用機(jī)理進(jìn)行研究分析,為管道的安全性評價(jià)提供參考依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容如下:（1）依據(jù)有限元分析的一般流程,根據(jù)實(shí)際研究問題,設(shè)定有限元分析的具體參數(shù),建立有限元分析模型,對多點(diǎn)腐蝕缺陷管道失效壓力進(jìn)行分析預(yù)測。將本文通過建立有限元模型得到的預(yù)測結(jié)果與爆破實(shí)驗(yàn)和文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果分別對比,并進(jìn)行誤差分析,表明有限元計(jì)算與真實(shí)結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了用有限元模型進(jìn)行多點(diǎn)腐蝕缺陷管道預(yù)測的準(zhǔn)確性。（2）建立基于PSO-BP的多點(diǎn)腐蝕缺陷管道失效壓力的預(yù)測模型。首先,結(jié)合收集的多點(diǎn)腐蝕管道爆破實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),利用Lasso回歸篩選出失效壓力影響因素,確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入變量;然后,用PSO... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同形狀腐蝕缺陷模型

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文28Hollomon[74]方程來簡化材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。管道力學(xué)分析時(shí)常用的簡化模型有:Ramberg-Osgood方程:()nKEE（3-3）式中為應(yīng)變；為應(yīng)力；E為彈性模量；K為強(qiáng)度系數(shù)；n為應(yīng)變硬化指數(shù)；K和n依材料屬性而定，與材料硬化有關(guān)。Hollomon方程:nk（3-4）式中k為材料常數(shù);n為冪硬化指數(shù);為真實(shí)應(yīng)力;為真塑性應(yīng)變。理論上，當(dāng)無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要使用簡化真實(shí)材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系時(shí)，Ramberg-Osgood方程與Hollomom方程都可以被使用。不過使用Ramberg-Osgood模型，能夠省去逐步判斷材料是否屈服的繁瑣步驟[75]，常常被用來修正實(shí)驗(yàn)曲線，其模擬材料的非線性特征的準(zhǔn)確性較高，是經(jīng)典的本構(gòu)模型，因此本文采用Ramberg-Osgood模型。（4）網(wǎng)格劃分根據(jù)所研究的問題，一般會將網(wǎng)劃分為四面體和六面體網(wǎng)格，兩種形式的管道網(wǎng)格劃分如圖3.5所示。六面體單元有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算規(guī)模小，但是不適用于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體單元適用于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是不同于六面體結(jié)構(gòu)，四面體每個(gè)單元有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，使用四面體網(wǎng)絡(luò)會使總節(jié)點(diǎn)數(shù)增多從而增加計(jì)算量。所以六面體單元適用于簡單的實(shí)體結(jié)構(gòu)，而四面體單元適用于復(fù)雜的實(shí)體結(jié)構(gòu)。圖3.5四面體和六面體網(wǎng)格劃分原則上，在兩種方式劃分網(wǎng)格對精度不產(chǎn)生很大的影響，考慮到計(jì)算成本節(jié)約的基礎(chǔ)上，選擇較少的網(wǎng)格作為實(shí)體結(jié)構(gòu)，可以減少計(jì)算量[2]。所以本文采用四面體網(wǎng)格劃分實(shí)體結(jié)構(gòu)。在選擇模型的長度上，通常選取直徑D的2倍、3倍和5倍。通過實(shí)驗(yàn)可知，管長為2D的模型計(jì)算結(jié)果與管長為3D和5D的模型計(jì)算結(jié)果相差不

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文31VonMises屈服準(zhǔn)則認(rèn)為，當(dāng)某一點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的等效應(yīng)力應(yīng)變達(dá)到某一與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)無關(guān)的定值時(shí)，材料屈服。在腐蝕管道的研究中，當(dāng)Mises應(yīng)力達(dá)到管材的拉伸極限時(shí)，管道失效。該屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式為:2221223311()()()2VonMisess（3-6）在式（3-6）中，VonMises為Mises等效應(yīng)力。s為屈服應(yīng)力。1、2、3為在主應(yīng)力空間，三個(gè)方向上的主應(yīng)力。VonMises屈服準(zhǔn)則區(qū)別于Tresca屈服準(zhǔn)則在于，VonMises屈服準(zhǔn)則考慮了第二屈服應(yīng)力對屈服產(chǎn)生影響，使用更方便。（2）腐蝕缺陷管道的失效判定對腐蝕管道模型施加內(nèi)壓，設(shè)置增量荷載步長，按照步長逐漸加壓。隨著應(yīng)力不斷發(fā)生變化，通過觀察缺陷處應(yīng)力是否達(dá)到臨界值判斷管道是否發(fā)生失效。在缺陷區(qū)域沿管道環(huán)向方向的剖面處選定三個(gè)點(diǎn)：外壁點(diǎn)、中間點(diǎn)、內(nèi)壁點(diǎn)，對管道模型加壓，觀察這三個(gè)點(diǎn)VonMises等效應(yīng)力的變化，如圖3.6所示。圖3.6腐蝕區(qū)載荷-應(yīng)力曲線圖3.6中，b為管材的屈服強(qiáng)度，s為管材的極限拉伸強(qiáng)度。由圖可知，在這三個(gè)點(diǎn)中，內(nèi)壁點(diǎn)首先到達(dá)屈服強(qiáng)度b，中間點(diǎn)相較于外壁點(diǎn)更先達(dá)到b，表明缺陷處應(yīng)力的不均勻，且內(nèi)壁點(diǎn)應(yīng)力集中更明顯。內(nèi)壁點(diǎn)在達(dá)到時(shí)，繼續(xù)施加壓力而應(yīng)力保持不變，顯示出材料的硬化效應(yīng)。而當(dāng)3個(gè)點(diǎn)全部達(dá)到極限拉伸強(qiáng)度b時(shí)，此時(shí)繼續(xù)對管道施壓，3個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力都迅速上升，直到相等。此時(shí)管道已經(jīng)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，雖然由于缺陷部分與周圍管材約束，暫時(shí)并未失效。但只要繼續(xù)施加內(nèi)壓，三點(diǎn)處的應(yīng)力顯現(xiàn)出急速上升趨勢，管道已經(jīng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，隨時(shí)可

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：2949510