体积型缺陷管道剩余强度评估方法改进

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:pang316860297
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压力管道在服役过程中容易因腐蚀或机械损伤产生缺陷,体积型缺陷是其中最为常见的类型。缺陷不仅会引起应力集中,还可能因疲劳载荷作用而转化为裂纹,严重干扰了在役压力管道的安全运行,甚至会诱发事故。这种缺陷量大面广,在生产中普遍存在,此方面的研究工作迫切需要加强。因此本文对含体积型缺陷管道的研究具有实际意义。本文以有限元模拟为基础,对在复杂载荷作用下含单个及两个椭球型缺陷的埋地管段进行分析,研究缺陷位置和缺陷尺寸对管道剩余强度的影响规律,并且建立了高精度剩余强度预测模型,以用于对管道进行安全评价。主要成果有以下几个方面:(1)利用ABAQUS模拟软件,通过Python设计语言编写指令,成功建立了含不同椭球型缺陷的管段模型,并通过参数调控,实现了对缺陷位置和缺陷尺寸的调控。同时实现了内压和弯矩联合载荷的施加。在此基础上,完成了一系列模拟研究。(2)对ABAQUS模拟结果进行整理分析,在内压和弯矩的作用下,得到了参数不同时,缺陷对含单缺陷管段等效应力的影响规律。结果表明,随着缺陷长度和深度的增大,等效应力也将显著增大。而当缺陷宽度和长轴夹角增大时,等效应力将相应减小,但宽度尺寸极小时,此时缺陷与轴向裂纹类似,等效应力发生激增。缺陷参数相同时,弯管的应力大于直管,更加危险。(3)基于不同缺陷间距和缺陷相对位置下管段的模拟数据,分析了含双缺陷管道在内压和弯矩联合作用下的剩余强度变化规律,确定了在一定范围内双缺陷之间存在相互作用效果。与此同时,改变缺陷的长度尺寸和深度尺寸,得出结论:缺陷的长度尺寸越大,极限作用距离越短;深度尺寸越大,极限作用距离越长。(4)使用响应曲面法回归出高精度的二阶模型,建立了等效应力与所受载荷、缺陷尺寸和缺陷位置的关系方程。此方程在一定范围内能够实现对剩余强度的预测,但是为保证精度,需要大量的数据样本。根据拟合结果进行了影响因子的显著性分析,规律和上文分析一致,验证了模型的可靠性。同时对各影响因素间的交互作用展开讨论,进一步分析了含体积型缺陷管道的剩余强度变化规律。(5)以支持向量回归思想为基础,通过LIBSVM工具包的MATLAB接口,经过对6种回归组合的优选,确定将?-SVR和RBF核函数结合构造SVR模型。再对比网格搜索法、遗传算法和粒子群算法的参数寻优结果,确定最终方案和模型参数,完成了剩余强度预测模型的构建。借助此模型对测试集进行预测,平均误差仅为1.38%,满足精度要求,展现了SVR良好的小样本学习能力,完成了对含体积型缺陷管道剩余强度的评估。(6)以现有标准和本文中回归结果为理论依据,采用Visual Basic 6.0和MATLAB语言编写了“含体积型缺陷管道剩余强度评估软件”,界面清晰明了,操作简单快捷,适用于不同条件下的含缺陷管道。
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