為研究腐蝕缺陷對管道承載力的影響,本文分別進(jìn)行了含腐蝕缺陷管道在軸壓載荷、彎曲載荷以及軸壓和彎曲復(fù)合載荷作用下的靜力失效過程測試。通過不同載荷作用下管道的荷載-位移曲線以及荷載-應(yīng)變曲線來分析管道的失效模式和失效機(jī)理;通過有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)測試結(jié)果驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:腐蝕缺陷使管道在三種不同荷載作用下的極限承載力均有所下降;針對文中所研究的管道及其腐蝕缺陷,在軸壓載荷作用下管道承載力下降了18.4%,在彎曲載荷作用下管道承載力下降了20.96%,在軸壓和彎曲復(fù)合載荷作用下管道承載力下降了13.3%;管道中腐蝕缺陷位置的管壁厚度減小,該位置應(yīng)變發(fā)展迅速,首先進(jìn)入塑性屈服狀態(tài),最終導(dǎo)致該腐蝕位置發(fā)生彈塑性屈曲失效。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(02)北大核心CSCD

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試件SJ1-1的最終失效圖Fig.4FinalfailurediagramofSJ1-1

)SJ1-1含腐蝕缺陷(corrosiondefect)SJ1-2彎曲(bending)無缺陷(defect-free)SJ2-1含腐蝕缺陷(corrosiondefect)SJ2-2軸壓和彎曲(axial無缺陷(defect-free)SJ3-1compressionandbending)含腐蝕缺陷(corrosiondefect)SJ3-2表2試件幾何尺寸Tab.2Geometryofspecimens試件(specimen)D0/mmt/mmL/mmSJ1-1325141000SJ1-2325141000SJ2-1325142500SJ2-2325142500SJ3-1219142000SJ3-2219142000(a)SJ1-1(c)SJ3-1(b)SJ2-1圖1試件幾何尺寸圖(單位：mm)Fig.1Geometryofthespecimen(unit：mm)圖1為三組試件的幾何尺寸圖。對于軸壓試件，考慮到加載時(shí)在試件端部容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以在試件兩端焊接兩塊擋板。試件與擋板通過坡口熔透焊縫連接形成整體。對于彎曲試件，除了兩端的擋板外，由于管道彎曲試驗(yàn)采用了四點(diǎn)彎曲測試方案，需要在管道跨中對稱位置施加兩個(gè)相同的豎向荷載，因此在距離管道端部550mm的地方焊接了兩個(gè)支撐板。支撐板中間打孔，管道試件穿過支撐板，在支撐板和管道連接部位，采用角焊縫將二者連接起來。對于軸壓和彎曲聯(lián)合作用的試件，除了兩端的擋板外，考慮到所施加的軸壓和彎曲載

達(dá)到試件同時(shí)承受軸壓和彎曲作用的效果。對于三組試件中的腐蝕缺陷，其腐蝕缺陷的加工方式為機(jī)床切割。首先在試件上確定出缺陷的位置，然后在機(jī)床上進(jìn)行切割。切割完成后對缺陷部位進(jìn)行打磨去毛刺等操作，以保證其加工精度。該缺陷為等深度矩形缺陷，其軸向方向位于管道的跨中位置；四點(diǎn)彎曲管道的腐蝕缺陷的環(huán)向位于管道的最頂端，此處腐蝕缺陷對管道承載力的影響最大；環(huán)向位置對軸壓管道的承載力沒有影響，所以軸壓管道的環(huán)向位置為任意選定。缺陷的長度為150mm，深度為7mm，周向的腐蝕角度為90°。圖2為腐蝕缺陷示意圖。圖2腐蝕缺陷示意圖Fig.2Schematicdiagramofthecorrosiondefect2.2管道試件材料力學(xué)特性所用試驗(yàn)測試管道為在役海底管道。通過對標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn)得到管道的材料特性，如表3所示。表3材料特性Tab.3Materialproperties管道規(guī)格(pipespecification)彈性模量(modulusofelasticity)E/GPa屈服強(qiáng)度(yieldstrength)σy/MPa極限抗拉強(qiáng)度(ultimatetensilestrength)σp/MPa泊松比(Poisson’sratio)νФ219mm×14mm2063485300.3Ф325mm×14mm2003484960.32.3加載裝置及測試方案海底管道三組靜力測試試驗(yàn)均在四立柱壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，圖3為四立柱壓力試驗(yàn)機(jī)。對于軸壓靜力試驗(yàn)，試件下端放置于試驗(yàn)機(jī)臺(tái)座上，上端與試驗(yàn)機(jī)加載板接觸，試驗(yàn)通過液壓加載方式對試件施加軸壓載荷。對于彎曲靜力試驗(yàn)，試件兩端放置于試驗(yàn)機(jī)上的支座上，考慮到試驗(yàn)采用四點(diǎn)彎曲加載方案和試驗(yàn)機(jī)裝置，特設(shè)計(jì)一塊加載板放置于彎曲試件的兩個(gè)支撐板上。試驗(yàn)機(jī)在加載板中間施加軸壓載荷，軸壓載荷通過加載板傳遞到兩個(gè)支撐板上，從而實(shí)現(xiàn)管道承受四點(diǎn)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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