含缺陷埋地管道受到外爆載荷作用時缺陷處可能會發(fā)生貫穿,并進(jìn)一步引起管道大面積破壞�？紤]含缺陷管道與管內(nèi)流體的流固耦合作用、土體與管道間的接觸作用,建立了土體-含缺陷管道-流體的外爆多相耦合模型�；趽p傷積累的破壞準(zhǔn)則,計算管道缺陷處在外爆載荷作用下的損傷積累比率,分析了管道破壞的損傷積累過程。通過對比不同缺陷深度、形狀,探討缺陷結(jié)構(gòu)對管道破壞的影響;并通過改變炸藥量、爆心距,探討外爆載荷對管道破壞的影響。結(jié)果表明:缺陷損傷在壁厚方向外側(cè)大于內(nèi)側(cè),二者之間的差值隨時間推移而減小,最終二者損傷達(dá)到極限使管道破壞。損傷值隨缺陷深度的增加而增大,圓形缺陷要比菱形和橢圓形對爆炸波抵抗能力強80%;管道損傷速度隨炸藥量增加而增大,1 m爆心距比3 m的損傷值高出2 140%,管道破壞對爆心距的敏感度高于炸藥量。研究成果可為工程爆破施工和預(yù)防含缺陷管道的外爆破壞提供參考。 

【文章來源】：壓力容器. 2020,37(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

含缺陷埋地管道外爆多相耦合動力學(xué)模型

管土之間采用接觸描述，將管道與土體軸向摩擦系數(shù)視為無窮大，即土體表面與管道外表面之間沒有切向滑動位移，同時管土界面法向接觸采用罰函數(shù)[20]的方式進(jìn)行計算;管內(nèi)流體與管道內(nèi)壁的相互作用采用流固耦合算法[21]，模型整體的多相耦合作用如圖2所示。爆炸波沖擊土體使土體向管道面運動，管道與土體之間會產(chǎn)生一個接觸力FN，土體接觸面穿透管道目標(biāo)面時產(chǎn)生一段穿透距離xp，而罰函數(shù)算法會在接觸面與目標(biāo)面節(jié)點之間加上一個彈簧，該彈簧具有罰剛度kN，此時接觸力FN可表示為:

對于管道結(jié)構(gòu)，在前5 ms僅有管內(nèi)流體作用，從第5 ms起爆炸波開始在土中傳播，第6.75 ms時爆炸波剛剛傳播到管道缺陷處，第10 ms時爆炸波已穿過整個管道截面，計算總時間為15 ms，其中爆炸波的傳播時間共計10 ms。爆炸波的傳播過程與相應(yīng)時間管道缺陷處的損傷積累比率見圖3。由圖3(a)可以看出，第5 ms時炸藥爆炸，爆炸波壓迫土體使之變形形成凹坑，但爆炸波未傳播到管道表面。此時管道僅受流體壓力作用，管道整體的損傷集中在缺陷處。缺陷處的損傷集中在尖端，最大值為0.049，說明損傷很小。圖3(b)所示第6.75 ms時，土體的凹坑變大，爆炸波此時經(jīng)過土體剛剛到達(dá)管道表面，管道迎爆面由于受到爆炸波的壓力，且與流體壓力方向相反，損傷分布表現(xiàn)出了中間大、兩邊小的趨勢。缺陷處A點處于正中心，此處的損傷值最大，達(dá)到了0.83。圖3(c)所示第10 ms時，土體凹坑變得更大，爆炸波前緣經(jīng)過管道整個截面，管道缺陷位置處的土體向下擠壓管道，此時管道已被擠壓出一個凹坑，凹坑處的損傷值大于其他部位。缺陷處出現(xiàn)了大面積的損傷，A點處損傷值仍然最大，達(dá)到了0.92。圖3(d)所示第15 ms時，爆炸波穿越了整個土體，管道的迎爆面變形達(dá)到最大，此時缺陷處損傷加劇，A點處損傷積累比率達(dá)到1，單元被刪除，管道被破壞。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]長輸管線球閥密封機理失效原因分析及對策[J]. 陶國慶,宋忠榮,劉建峰,章茂森,張紹華,胡軍.  流體機械. 2019(09)
[2]埋地管道近場外爆載荷計算與管道響應(yīng)研究[J]. 丁宇奇,周輝宇,戴子威,李為衛(wèi),馬秋榮.  壓力容器. 2018(12)
[3]基于SPH-FEM耦合法的含缺陷輸氣管道爆炸沖擊響應(yīng)研究[J]. 田曉建,姚安林,徐濤龍,蔣宏業(yè),李又綠.  中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù). 2018(09)
[4]懸跨海底管道繞流三維特性的大渦數(shù)值模擬研究[J]. 許明,陳學(xué)東,王冰,關(guān)衛(wèi)和,范志超,董杰.  流體機械. 2018(05)
[5]基于SPH-FEM耦合算法的埋地輸氣管道近場爆炸沖擊動力響應(yīng)[J]. 梁博,蔣宏業(yè),徐濤龍,姚安林,文霞.  石油學(xué)報. 2017(11)
[6]復(fù)雜載荷作用下埋地管道的應(yīng)力應(yīng)變分析[J]. 李曉麗,李廷輝,李滿利,張浩.  壓力容器. 2017(07)
[7]中俄東線OD 1422 mm埋地管道的斷裂控制設(shè)計[J]. 張振永,張文偉,周亞薇,薄國公,鄒宇.  油氣儲運. 2017(09)
[8]爆炸沖擊下埋地管線動力響應(yīng)研究綜述[J]. 張帆,景政,徐國富.  山西建筑. 2017(14)
[9]X90超高強度輸氣鋼管材料本構(gòu)關(guān)系及斷裂準(zhǔn)則[J]. 楊鋒平,羅金恒,李鶴,郭亞洲,馮健.  石油學(xué)報. 2017(01)
[10]我國高壓長輸天然氣管道的斷裂控制[J]. 吉玲康,霍春勇,李鶴.  石油管材與儀器. 2016(06)

博士論文
[1]可燃?xì)怏w管道爆炸動態(tài)斷裂行為與后果評估方法研究[D]. 杜洋.浙江大學(xué) 2017

碩士論文
[1]地震作用下埋地供水管道土—管—水耦合動力學(xué)模型研究[D]. 龐常.西南交通大學(xué) 2017
[2]油氣管道爆炸數(shù)值模擬研究[D]. 陳良路.中國石油大學(xué)(華東) 2017
[3]不銹鋼圓柱殼在爆炸載荷作用下的動態(tài)斷裂行為與失效評定研究[D]. 辛健.浙江大學(xué) 2013



本文編號：3146402