含平底方形缺陷X80管线钢剩余强度的研究

X80管线钢由于其优良的综合力学性能,越来越多地服役于石油天然气输送。X80管线钢在服役过程中,不可避免地受到各种腐蚀因素的影响,产生具有危险性的腐蚀缺陷,进而使管道材料的强度降低,寿命缩短,影响了管道运输的安全可靠性,并且会造成材料的浪费和对环境的污染。因此,笔者以X80管线钢平底方形缺陷作为研究对象,借助ANSYS有限元分析软件,通过改变缺陷长度、缺陷深度,考察其对最大等效应力和剩余强度和的影响;通过改变内压,考察其对最大等效应力和最大等效应变的影响,借助数学拟合的方法,对基于应变和基于应力管道的剩余强度与缺陷深度的关系进行拟合,所得结论对于X80管线钢剩余强度的求解有一定的指导意义。     

双点腐蚀缺陷油气管道剩余强度

以X80油气管道为研究对象,借助ANSYS有限元分析软件,考察环向双点腐蚀缺陷管道和轴向双点腐蚀缺陷管道等效应力云图分布特点,通过改变环向双点腐蚀环向间距、轴向双点腐蚀缺陷长度和缺陷深度,考察其对等效应力和剩余强度的影响。结果表明,最大等效应力出现在双点腐蚀缺陷周围区域,容易发生强度失效;远离缺陷区域,等效应力迅速衰减至薄膜应力;随着内压载荷的增加,等效应力呈增加的趋势,并出现屈服阶段;随着环向间距的增加,剩余强度基本维持不变;随着缺陷长度和缺陷深度的增大,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低。所得结论对于双点蚀缺陷管道剩余强度的研究具有一定的参考意义。     

含体积型缺陷管道安全评价技术研究

为研究体积型缺陷对管道安全性的影响，通过Workbench软件，结合管材的应力–应变曲线和塑性失效准则，对缺陷管道的最大等效应力和失效压力进行了评价，考察了倾斜角度、腐蚀深度、腐蚀长度等参数变化对管道局部应力分布的影响。结果表明，当缺陷具有一定倾斜角度时，缺陷左右拐角处的高应力集中最为明显，上下拐角处的低应力集中最为明显，缺陷沿轴向分布时对管道的危险性更大；腐蚀深度与最大等效应力和失效压力呈线性关系；腐蚀长度和腐蚀宽度的变化对最大等效应力和失效压力的影响有限，随着腐蚀长度的增加，最大应力点从缺陷内边缘转移至缺陷中心；在有限元分析范围内，各因素对管道安全性的影响程度依次为倾斜角度、腐蚀深度、腐蚀长度和宽度。研究结果可为提升管道完整性管理水平提供技术思路。     

基于ANSYS Workbench有限元法含内腐蚀缺陷套管应力模拟研究

结合大庆油田采油六厂套管的实际服役工况,以实测缺陷为依据,借助ANSYS Workbench软件模拟了含内腐蚀缺陷套管的等效应力最大值,分析了缺陷长度、宽度和深度双变量作用对套管等效应力最大值的影响规律,结果表明:套管内腐蚀缺陷深度是影响等效应力最大值的重要因素,缺陷长度对等效应力最大值的影响次之,缺陷宽度对等效应力最大值的影响存在临界值,小于临界宽度时,等效应力最大值随宽度增加而减小。     

油气管道组合缺陷等效应力

以20号钢椭圆形环向组合缺陷和轴向组合缺陷管道为研究对象,借助ANSYS Workbench 16.0有限元分析软件,首先考察组合缺陷管道应力云图分布特点,其次,考察缺陷间距和缺陷尺寸如腐蚀长度、宽度、深度对其最大等效应力的影响规律。结果表明,在无缺陷管壁上,等效应力分布比较均匀;越靠近缺陷,其等效应力突变越大;当缺陷尺寸不变时,随着缺陷间距的增大,最大等效应力呈减小的趋势,并出现临界点;对于轴向组合缺陷,当缺陷间距不变时,随着缺陷长轴长度的增大,最大等效应力随之增大;随着缺陷短轴长度的增大,最大等效应力随之减小;随着缺陷深度的增大,最大等效应力随之增大;缺陷深度的影响程度最大。所得结论对油气管道腐蚀与防护有一定的指导意义和参考价值。     

含局部减薄缺陷管道剩余强度和剩余寿命的分析预测

局部减薄是压力管道缺陷中常见的一种体积型缺陷,会导致压力管道的剩余强度、承载能力和安全可靠性急剧下降,还会使疲劳裂纹、管体变形、管内输送物料泄漏甚至管道爆破等情况的概率增大,使用寿命降低直至损坏失效。为了防止局部减薄带来的危害,采用ANSYS有限元分析软件,以方形缺陷为研究对象,通过改变缺陷的轴向长度、宽度和深度,考察它对剩余强度和等效应力的影响,并结合采油厂实际数据进行管道寿命预测。     

基于响应曲面法油气管道缺陷参数的研究

为了研究油气管道缺陷参数的交互作用,以长方形缺陷和圆形缺陷油气管道为研究对象,首先考察了缺陷参数如缺陷长度、宽度、深度及半径等对油气管道最大等效应力的影响.其次通过引入响应曲面法,分析不同缺陷参数对油气管道剩余强度的交叉影响,并得到不同交互参数的响应结果图,从而进一步分析缺陷参数间的相互影响.结果表明:对于长方形缺陷,...     

埋深对含缺陷埋地管道剩余强度影响分析

埋地管道被重物冲击后,管道的应力将瞬间增大,对管道的安全运行产生极大的危害。本文以重物冲击含缺陷管道为研究对象,利用ANSYS软件建立重物冲击埋地管道的有限元模型,分析重物冲击两种埋深及含不同尺寸类型缺陷的埋地管道,冲击后管道的动力学响应,同时与仅受内压的含缺陷埋地管道剩余强度进行对比,通过分析发现管道的埋深对重物冲击管道的剩余强度影响较大,随着管道埋深的增加,管道的等效应力随之降低,当管道埋深到一定值时,管道埋深对管道的等效应力的影响可以忽略。     

带腐蚀缺陷采油管线剩余强度和剩余寿命的评价

为了评价某采油厂采油管道实际工况,基于ANSYS有限元法对管道腐蚀缺陷进行模拟,研究了不同缺陷类型下,缺陷长度、宽度、深度因素对管道失效的影响,分析了不同腐蚀类型缺陷对管道最大工作压力的影响。利用检测数据,对管道最大腐蚀速率进行了计算,并对管道剩余寿命进行了预测。结果表明:缺陷长度和深度是管道失效的直接影响因素,等效应力和工作压力成正比关系,管线的剩余寿命为10.2 a。此结果对管道的安全运行及维护具有重要的参考价值。     

外载荷作用下含腐蚀缺陷高钢级管道失效研究

为研究弯矩、轴力等外部载荷以及缺陷参数对含腐蚀缺陷高钢级管道失效压力的影响，采用非线性有限元方法，建立弯矩、轴力载荷与内压共同作用下管道有限元模型，分析了弯矩、轴力载荷大小、腐蚀缺陷参数以及管道径厚比等因素对管道失效压力的影响规律。结果表明：弯矩和轴力载荷均会降低管道失效压力，轴力载荷作用下失效压力的下降幅度更大。缺陷参数各影响因素对管道失效压力下降趋势影响从强到弱依次为缺陷深度、缺陷长度、缺陷宽度。失效压力随缺陷深度增大呈线性下降。缺陷长度系数大于6时，失效压力下降趋势逐渐减缓。随缺陷宽度增大，较大的轴力载荷能显著降低失效压力。管道的径厚比越大，管道失效压力越大。     

内腐蚀管道失效压力非线性有限元分析

针对内腐蚀海底管道缺陷处泄露失效问题,建立三维管道有限元模型预测管道的失效压力,分析中考虑了材料非线性和几何非线性。通过对比发现,非线性有限元求解的极限失效压力与实验爆破结果较接近,预测值误差最大为4.8%,且结果偏于安全,证明非线性有限元分析方法评估腐蚀管线的剩余强度满足工程需要。并分析了缺陷尺寸对剩余强度的影响,结果表明,缺陷深度和长度是主要影响失效压力的因素,深度影响最大,宽度影响较小。在考虑腐蚀缺陷增长对失效压力的影响时,可以忽略宽度的变化,仅考虑深度和长度方向的扩展。     

管道小尺寸缺陷损伤的仿真模拟研究

为了分析评价小尺寸缺陷形态对大口径管道承压能力的影响,利用ANSYS有限元法对承受一定内压力的带有小尺寸缺陷的管道应力水平进行了模拟分析,计算分析结果表明:随着缺陷长度的增加、缺陷宽度的减小或者缺陷深度的增加,管体的最大应力值增加,缺陷深度的影响程度远大于缺陷长度和宽度,而且缺陷长度顺着管道轴向方向分布时的管体应力值最...     

含内外壁腐蚀管道等效应力的有限元分析

由于油气管道在长距离输送原油、天然气、液化气等复杂性产品时,极易出现管道内外壁缺陷导致其失效的现象.因此,以X70管线钢内外壁椭圆形腐蚀缺陷为研究对象,借助ANSYS有限元分析软件,首先考察了其应力分布云图,其次通过改变缺陷长轴、缺陷短轴和径厚比,考查其对最大等效应力的影响.结果表明:整个应力云图可以划分为两个区域,缺...     

配注器接头与连接套剩余强度有限元分析

结合大庆油田某采油厂注水井的实际工况,利用有限元分析软件ABAQUS,以实测缺陷情况为依据,模拟研究了缺陷位置和缺陷尺寸对配注器接头与连接套剩余强度的影响。结果表明:配注器连接套外壁的球形蚀坑缺陷对螺纹齿连接强度影响较小,主要影响连接套内离端面最近的一扣啮合螺纹所在的截面;蚀坑所在位置对等效应力的影响较大,距连接套端面17mm处的蚀坑对危险截面影响最大,腐蚀坑深度和工作压力是影响接头与连接套剩余强度的主要因素。     

子午线轮胎内压应力的几点探讨

在基于虚功原理推导出子午线轮胎带束周向内压应力近似解析公式的基础上,进一步探讨满足内压应力需要的等效宽度、无带束轮胎的几何特征和带束几何约束宽度等问题。根据半下沉概念,推导出确定子午线轮胎带束宽度的理论计算公式。     

压力容器焊缝疲劳应力概率分布研究

疲劳应力监测是针对含缺陷压力容器进行结构健康监测和安全评估的重要手段。基于焊缝疲劳应力监测数据和其概率密度函数,可以详细了解压力容器的实际运营状况和准确评估结构剩余寿命。本文以直角光纤光栅(FBG)传感器对环焊缝结构应力时程监测数据为基础,分析研究疲劳裂纹热点区在随机载荷作用下的疲劳载荷谱特征。首先,基于三向应力监测数据样本计算其等效应力时程;然后采用雨流计数法处理等效应力时程,输出整个历程中各次应力循环的均值和幅值;最后,拟合均值和幅值的概率分布函数,并进行概率密度函数的参数估计和检验。研究结果表明:压力容器焊缝疲劳等效应力谱的均值循环次数呈正态分布,幅值循环次数呈Weibull分布。     

套管磨损及地应力对深井套管柱强度的影响分析

油田开发过程中,采油套管损坏给油田造成了巨大的经济损失。采用弹性力学解析及有限元方法,给出了考虑磨损时套管剩余抗挤强度、抗内压强度,以及非均匀地应力作用下套管外壁等效外挤载荷的计算方法,分析了非均匀地应力作用下不同套管磨损量对套管强度,以及不同地层性质对套管地应力外挤力的影响。研究表明,当磨损度为10%时,套管的剩余抗外挤强度、剩余抗内压强度降低约30%;套管内壁的M ises应力和套管外壁地应力外挤力随地层弹性模量的增大均明显减小,说明地层越硬,套管将偏于安全。     

玻璃弯曲强度的厚度效应及超薄玻璃弯曲强度测试技术

基于"均强度准则"理论,研究了应力梯度、表面和体积缺陷对玻璃弯曲强度的影响,建立了玻璃弯曲强度的厚度效应方程,计算了应力梯度对不同厚度玻璃的弯曲强度影响。结果表明:玻璃弯曲强度的厚度效应呈非线性关系,应力梯度只对厚度小于2 mm以下的玻璃弯曲强度产生明显影响,且厚度越薄,弯曲强度的厚度(应力梯度)效应越大。提出了一种通过小挠度低应力梯度弯曲模型下超薄玻璃弯曲强度测试方法—"等效涂层法",推导了超薄玻璃弯曲强度计算公式。通过对不同厚度的玻璃的弯曲强度测试,并与GB/T 6569—2006规定的测试方法得到的结果进行对比,验证了"等效涂层法"测试结果的准确性和可靠性。     

高钢级油气管道剩余强度评价方法研究

以X70、X80、X100高钢级油气管道为研究对象,利用ASME B31G标准、RSTRENG标准、DNV RP-F101标准、PCORRC标准、LPC-1标准、SHELL92标准六种剩余强度评价方法对其迚行剩余强度预测,并与爆破压力比较,分析不同评价方法在高钢级油气管道中的保守性和准确性。结果表明:对于X70和X80高钢级油气管道,随着缺陷深度的增大,剩余强度呈减小的趋势;对于X100高钢级油气管道,随着缺陷长度的增加,剩余强度呈减小的趋势;DNV RP-F101标准预测结果变化幅度小,集中性好,准确性优,最适合含腐蚀缺陷的X70、X80、X100高钢级油气管道的剩余强度评价。所得结论对于高钢级油气管道的腐蚀与防护有一定的指导意义。     

钢丝缠绕增强塑料复合管的应力分析

将钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP管)简化为内层、复合层、外层三层结构组成的力学模型,其中复合层由内外两层单层板组成。采用串并联模型确定单层板弹性参数,通过正交各向异性材料三维弹性理论推导出各层界面上接触压力与轴向力的方程组,进而得到PSP管各层在内压、外压和轴向力联合作用下的应力及应变计算公式。实验结果表明：随着内压载荷的增加,PSP管环向应变与轴向应变均呈上升趋势,理论值与实验结果较为一致,所建模型可用于预测PSP管应力和应变。