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随着天然气生产和消费速度的增长,城市燃气管道规模迅速发展,到"十二五"期末,城镇燃气管道总长度达到60万公里,伴随上游输配管道长度的不断增加和下游用气需求的攀升,城市燃气行业规模将不断扩大。燃气管道事故将会对密集的城镇人口造成人员伤亡和财产损失等巨大的伤害,具有较大的危害性。无论是国产压力管道还是进口聚乙烯(PE)管道,都不可避免地存在不同程度的缺陷,而且压力管道在使用过程中还会因为载荷、介质等各种因素的影响,萌生出新的缺陷。从工程应用来看,目前国内外对于含缺陷PE燃气管道的力学性能以及安全评定的研究还很少。本文在国家质量监督检验检疫总局质检公益性行业科研专项项目《城镇燃气聚乙烯管道风险评估方法体系研究》(项目编号:210310159)的支持下,针对含局部减薄和凹坑两种缺陷的燃气PE管道进行模拟数值分析,并对其进行安全评定。主要研究内容和结论如下:(1)针对燃气PE管材的特性,进行不同应变率的拉伸试验,选取Suleiman双曲线模型,根据实验数据拟合出PE管材的本构模型。(2)根据文献资料调研分析,确定PE管常见缺陷为体积型缺陷,即局部减薄缺陷和凹坑缺陷。并通过无量纲量相对深度、坡度和长度来表征缺陷类型。利用ABAQUS有限元分析软件建立含缺陷PE管在内压和弯矩载荷下的强度分析模型。采用非线性有限元方法分析在工作压力下各种缺陷类型对PE管强度的影响,以及各种缺陷条件下的极限载荷。得到以下结论:在固定载荷作用下缺陷深度对PE管的强度影响最大,除凹坑缺陷的相对坡度与极限载荷呈现正相关关系,其余缺陷类型均与极限载荷呈负相关关系。(3)根据管土作用,建立在埋地含缺陷PE管强度分析模型,研究了占压作用下和交通载荷作用下,载荷参数以及其他影响因素(如PE管缺陷类型)对PE管强度的影响。并得出:受占压载荷作用的PE管最大偏移发生管顶对称中心;随着占压载荷的增加最大Mises应力出现在缺陷处,缺陷深度对应力影响最大。将交通载荷简化为脉冲载荷,分析载荷大小、缺陷深度对管道的影响,经过模拟分析计算得出,在短时间交通载荷作用下,缺陷相对深度与最大管截面变化率成正相关关系。(4)根据数值模拟结果以及国家标准《在用含缺陷压力容器安全评定》(GB/T19624-2004),绘制PE管在受到内压和弯矩同时作用时的安全曲线,并提出含缺陷承压PE管的安全评定方法。本研究结果可用为燃气PE管道的安全评定和寿命预测提供理论帮助。