本文關(guān)鍵詞：長輸天然氣埋地管道缺陷與安全性分析

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【摘要】：隨著石油天然氣能源工業(yè)的迅速發(fā)展,輸油氣管道不斷向大口徑,超薄壁,高壓力方向發(fā)展,管道缺陷的產(chǎn)生也日益凸顯,安全問題已經(jīng)成為油氣管道運(yùn)行的隱患。研究管道缺陷與安全性問題對(duì)于管道的安全運(yùn)行有著重要的意義。本文以西氣東輸一線新疆某段埋地天然氣缺陷管道為研究對(duì)象,主要研究管道裂紋缺陷產(chǎn)生的原因以及影響在役天然氣埋地管道裂紋擴(kuò)展的因素,并對(duì)裂紋缺陷尋求合適的安全性評(píng)定方法。本文分析了埋地天然氣管道裂紋缺陷產(chǎn)生的原因,由于缺陷基本都在焊接區(qū),所以缺陷產(chǎn)生的原因主要由于焊接過程產(chǎn)生的微裂紋。重點(diǎn)研究疲勞裂紋的擴(kuò)展機(jī)理,并對(duì)影響疲勞裂紋擴(kuò)展的因素進(jìn)行了分析,由于管道是在地下運(yùn)行,所以影響管道疲勞裂紋擴(kuò)展的因素主要是管道內(nèi)壓波動(dòng),地層的移動(dòng)以及地震等的影響。同時(shí)也分析了埋地天然氣管道在土壤及地震作用下的受力情況,并用有限元軟件模擬了三種地震烈度下的管道截面位移變化情況,分析了不同烈度下的地震波對(duì)管道的影響,為地震載荷對(duì)管道疲勞裂紋擴(kuò)展的影響提供了依據(jù);用有限元軟件對(duì)埋地管道裂紋進(jìn)行了應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算及裂紋尖端力學(xué)分析,并利用有限元軟件和裂紋分析軟件結(jié)合模擬了管道埋藏裂紋擴(kuò)展過程,分析了裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。對(duì)管道裂紋缺陷尋求合適的安全評(píng)定方法,用于對(duì)管道進(jìn)行合理的安全評(píng)定;分析了疲勞裂紋壽命預(yù)測的三種方法:基于Paris公式的裂紋管道剩余壽命預(yù)測,基于Manson-Coffin公式的低周疲勞壽命預(yù)測以及基于損傷力學(xué)模型低周疲勞壽命預(yù)測。管道裂紋的疲勞擴(kuò)展主要是低周疲勞擴(kuò)展,因此本文的疲勞壽命預(yù)測選用基于Manson-Coffin公式的低周疲勞壽命預(yù)測方法。
【關(guān)鍵詞】：管道 疲勞 裂紋 安全性
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE973
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-13
• 1.1 引言8
• 1.2 課題背景8-9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.4 研究內(nèi)容及意義12-13
• 第二章 裂紋的形成及疲勞裂紋擴(kuò)展研究13-26
• 2.1 管線鋼的焊接性13
• 2.2 管線鋼焊接裂紋缺陷13-15
• 2.2.1 裂紋幾何形式13-14
• 2.2.2 裂紋產(chǎn)生的原因分析14-15
• 2.3 疲勞破壞機(jī)理15-21
• 2.3.1 疲勞裂紋萌生機(jī)理15-16
• 2.3.2 疲勞裂紋擴(kuò)展機(jī)理16-21
• 2.4 疲勞裂紋擴(kuò)展分析方法21-22
• 2.4.1 應(yīng)力疲勞法與應(yīng)變疲勞法21-22
• 2.4.2 斷裂力學(xué)法22
• 2.5 疲勞裂紋擴(kuò)展22-23
• 2.5.1 應(yīng)力疲勞裂紋擴(kuò)展22
• 2.5.2 應(yīng)變疲勞裂紋擴(kuò)展22-23
• 2.6 影響裂紋擴(kuò)展若干因素23-26
• 2.6.1 壓力波動(dòng)對(duì)裂紋擴(kuò)展影響23-24
• 2.6.2 地裂縫對(duì)裂紋擴(kuò)展影響24
• 2.6.3 凍土區(qū)對(duì)裂紋擴(kuò)展影響24-25
• 2.6.4 斷層對(duì)裂紋擴(kuò)展影響25-26
• 第三章 天然氣埋地管道裂紋擴(kuò)展分析26-51
• 3.1 埋地管道應(yīng)力分析26-27
• 3.2 埋地管道應(yīng)力計(jì)算27-34
• 3.2.1 Marston模型27-29
• 3.2.2 膨脹土壓力29
• 3.2.3 冰凍載荷29-30
• 3.2.4 地震載荷30-34
• 3.3 地震波作用有限元?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)分析34-39
• 3.4 應(yīng)力強(qiáng)度因子有限元計(jì)算39-42
• 3.4.1 幾何建模及網(wǎng)格劃分39-40
• 3.4.2 施加約束及載荷40
• 3.4.3 模擬結(jié)果分析40-42
• 3.5 裂紋擴(kuò)展模擬42-45
• 3.5.1 ANSYS應(yīng)力分析42-43
• 3.5.2 Franc3d裂紋建模43-44
• 3.5.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算44-45
• 3.6 裂紋擴(kuò)展分析45-51
• 3.6.1 埋藏裂紋擴(kuò)展形貌45-47
• 3.6.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子變化規(guī)律47-49
• 3.6.3 應(yīng)力比對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響49-51
• 第四章 管道裂紋缺陷安全性評(píng)定51-60
• 4.1 含裂紋管道安全評(píng)價(jià)的理論51-54
• 4.1.1 斷裂力學(xué)理論51-54
• 4.1.2 塑性極限載荷理論54
• 4.2 平面缺陷的疲勞評(píng)定54-60
• 4.2.1 疲勞評(píng)定所需數(shù)據(jù)55-56
• 4.2.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值計(jì)算56
• 4.2.3 免于疲勞評(píng)定的判別56-57
• 4.2.4 疲勞裂紋擴(kuò)展量計(jì)算57-58
• 4.2.5 容許裂紋尺寸計(jì)算與安全性評(píng)價(jià)58-60
• 第五章 管道裂紋疲勞壽命預(yù)測60-68
• 5.1 含裂紋管道剩余壽命預(yù)測60-61
• 5.2 管道低周疲勞壽命預(yù)測61-63
• 5.2.1 埋地天然氣管道的低周疲勞壽命預(yù)測62
• 5.2.2 Manson-Coffin公式62-63
• 5.3 基于損傷力學(xué)低周疲勞損傷模型63-68
• 5.3.1 損傷力學(xué)基礎(chǔ)理論63-65
• 5.3.2 低周疲勞壽命損傷力學(xué)模型預(yù)測65-68
• 第六章 結(jié)論68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74-75

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