隨著全球天然氣消耗量激增,目前國內(nèi)外輸氣管線的建設(shè)呈現(xiàn)著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。輸氣鋼管也趨向于更高的工作內(nèi)壓,另外管道工作需要適應(yīng)越來越惡劣的環(huán)境,因此管道的安全問題擺在了首位。高成本的投入必須確保在工作前就得到可靠性驗(yàn)證,一個(gè)可靠的有限元模型對(duì)于節(jié)約成本和確定管道設(shè)計(jì)參數(shù)同樣具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。本文基于內(nèi)聚力模型建立了全尺寸天然氣管道的動(dòng)態(tài)斷裂有限元模型。利用該模型對(duì)X80管線鋼的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了模擬,預(yù)測(cè)的裂紋擴(kuò)展速度與管道內(nèi)壓的定量關(guān)系與已有實(shí)驗(yàn)得出的半經(jīng)驗(yàn)公式在不同尺寸下都吻合較好。利用此模型可以對(duì)管道爆破試驗(yàn)中難以測(cè)定的關(guān)鍵參數(shù)（比如裂紋尖端張開角的變化規(guī)律,裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)等）進(jìn)行定量研究,揭示全尺寸管道動(dòng)態(tài)斷裂的機(jī)理,為實(shí)驗(yàn)提供必要的補(bǔ)充。最后對(duì)管道的止裂設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些探討。主要工作如下:1.以X80管線鋼為研究對(duì)象,建立X80管道動(dòng)態(tài)斷裂有限元模型。在建模過程中對(duì)有限元中內(nèi)聚力模型的理論及該材料裂紋損傷準(zhǔn)則進(jìn)行了必要的準(zhǔn)備。獲得X80管線鋼的力學(xué)性能參數(shù)以及內(nèi)聚力模型下裂紋損傷準(zhǔn)則。2.通過半經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)管道動(dòng)態(tài)斷裂模型進(jìn)行驗(yàn)證。為了保證驗(yàn)證的可靠性,分別對(duì)不同參數(shù)下... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1臺(tái)灣高雄市天然氣爆炸事故現(xiàn)場(chǎng)

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文的安全性永遠(yuǎn)是第一位的，所以對(duì)天然氣管道的可靠性研究，有必要。2015 年 12 月 30 日 12 時(shí)，國家終于建成了屬于我們但是全尺寸管道爆破實(shí)驗(yàn)非常昂貴，如果能夠在實(shí)驗(yàn)之前通進(jìn)行模擬，并通過全尺寸爆破實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行一步步修非常高的實(shí)用價(jià)值。究現(xiàn)狀用鋼的發(fā)展現(xiàn)狀道的輸送量與輸送壓力和管道直徑的關(guān)系如圖 1.2 所示[9]。顯和提高氣體傳輸壓力可以很明顯的提高氣體輸送量，是管道90 之前管道建設(shè)的主要目標(biāo)和發(fā)展趨勢(shì)�，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，天般不超過 1420mm[10]。目前人們的主要目標(biāo)不是擴(kuò)大管徑，而作壓力，這方面的追求從來沒有停止。近年來，其他國家新建力約 10~15MPa，個(gè)別管道線路輸氣壓力達(dá)到了 20MPa。

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文的高強(qiáng)度管線鋼出現(xiàn)了，第一個(gè)是 X70 管線鋼，然后是 X80 和 X100。因此，在接下來幾十年里提出了改進(jìn) BTCM 對(duì)現(xiàn)代高強(qiáng)度管線鋼 X70 及以上的止裂韌性預(yù)測(cè)，提出各種修正。作為開拓者，Kanninen[24]等人最早進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過有限元模擬薄壁試樣穩(wěn)定裂紋增長，進(jìn)行裂紋尖端張開角(CTOA)準(zhǔn)則研究。CTOA 是一個(gè)工程斷裂參數(shù)，對(duì)斷裂試樣或裂紋管道來說，基于 CTOA 的裂紋驅(qū)動(dòng)力理論上沒有解決方案，因此 CTOA 概念的應(yīng)用依賴于有限元計(jì)算，并需要強(qiáng)大的模擬技術(shù)。莊茁等人模擬了非平面殼體上的動(dòng)態(tài)斷裂行為，可以求出整個(gè)斷裂過程中任意時(shí)刻的 CTOA，繼而提出了 CTOA 這一針對(duì)管道韌性斷裂的判斷依據(jù)[25]。中國石油大學(xué)白永強(qiáng)等人從輸氣內(nèi)壓、管道幾何尺寸等不同方面分析了對(duì)裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力的影響[26]。從高等級(jí)管線鋼的建設(shè)使用以來，管道脆性斷裂已經(jīng)可以避免，各國研究機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域著重于韌性斷裂的起裂和止裂上。而這一研究方向仍然完全不夠明朗，人們投入了難以想象的人力和財(cái)力。2015 年 12 月 30 日 12 時(shí)，國家終于建成了屬于我們的管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)[8]，是世界上第四個(gè)完成此舉的國家。這將大大的推動(dòng)我國對(duì)輸氣管道動(dòng)態(tài)斷裂的研究。圖 1.3 為爆破實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

【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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[2]內(nèi)聚力和擴(kuò)展有限元方法在裂紋擴(kuò)展模擬中的應(yīng)用研究[D]. 李卓.廣西大學(xué) 2013
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[4]拉壓載荷下高強(qiáng)鋁合金疲勞裂紋擴(kuò)展參數(shù)有限元研究[D]. 索斌.哈爾濱理工大學(xué) 2007
[5]基于ABAQUS的裂紋擴(kuò)展仿真軟件及應(yīng)用[D]. 王慰軍.浙江大學(xué) 2006
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