含弯折凹陷管道的极限内压研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:df0225
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油气管道在建设和运行期间往往会受到外部载荷作用下产生塑性变形形成凹陷,或者由于机械施工,岩石的挤压形成划痕。在有划痕的管道部位形成凹陷可能造成管道失效,严重影响管道运行。对于单纯凹陷大多采用凹陷深度是否达到管径的6%作为管道是否失效的判断标准,没有考虑凹陷的尖锐程度,评价过于保守。目前研究大多针对大曲率凹陷管道,对于凹陷相对尖锐即曲率半径小的研究很少,尤其是对含有小曲率凹陷-划痕组合缺陷的管道剩余强度研究更是缺少理论支撑。本文根据凹陷-划痕的形成,综合采用实验,解析方法和有限元计算并在相互验证的基础上对小曲率凹陷-划痕缺陷管道的极限内压开展研究,为凹陷管道的评价和维护提供理论依据和技术参考。用带有凹陷-划痕组合缺陷的小尺寸钢板进行拉伸试验,代替全尺寸圆管实验,展开凹陷-划痕管道有限元失效准则的研究。压头分别选用小曲率球形压头和楔形压头。通过钢板凹陷载荷-位移曲线实验数据和有限元数据的对比,来验证有限元模型的正确性。记录含有凹陷-划痕缺陷钢板拉伸试样的拉断载荷,并与有限元预测的拉断载荷进行对比,从而确定小曲率球形压头和楔形压头形成的凹陷-划痕组合缺陷管道的有限元失效准则。基于经典的Mises屈服准则,给出了完好管道极限内压解析解。通过建立有限元模型模拟含有划痕的管道凹陷的形成,回弹,加压过程。根据有限元失效准则,确定含有划痕的管道极限凹陷深度和极限内压。分别从缺陷尺寸、管材尺寸以及性能等因素,研究小曲率球形凹陷-划痕缺陷管道的极限内压,通过数据拟合得到极限内压预测公式。管道凹陷的形状往往不是规则的,为了更好地符合工程情况,将球形压头换成楔形压头,分析不同划痕长度和深度,凹陷深度,管径以及壁厚等因素对管道极限内压的影响并通过数据拟合得到极限内压预测公式。
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