含缺陷油气管线结构失效概率计算方法比较

利用概率断裂力学方法中的一次二阶矩法和蒙特卡洛方法分别计算含裂纹类缺陷输送油气管线结构的失效概率。在计算过程中,不仅把材料的屈服强度、裂纹深度、外加载荷和断裂韧度等当作随机变量处理,还考虑了裂纹深长比的影响。结果表明,一次二阶矩法计算管线的失效概率为1.69×10-3,MonteCarlo方法计算该管线的失效概率为1.724×10-3,这两种方法的计算结果基本一致,计算误差为1.97%。两种方法的参数敏感性分析结果一样,裂纹深度对结构失效概率的影响最大,材料屈服强度的影响最小,裂纹深长比对结构的失效概率也有一定的影响。     

桥(门)式起重机箱形梁结构概率安全评定研究

基于失效评定图技术,考虑了载荷、断裂韧性、屈服强度,抗拉强度等参数的不确定性,并结合起重机结构的有限元分析结果,对在役36 t集装箱门式起重机箱形梁结构进行了概率断裂安全评定的研究。采用Monte Carlo随机抽样方法计算了起重机箱形梁结构的失效概率。对评定输入参数进行了敏感性分析确定了影响箱形梁失效概率的重要参数。敏感性分析结果显示,屈服强度是影响起重机箱形梁失效概率的最重要参数,其次是一次薄膜应力和断裂韧性。研究内容为起重机箱形梁的修复,监控以及安全评定提供了参考。     

含硬α缺陷钛合金风扇盘失效风险影响因素研究

对于民用航空发动机而言,限寿件对发动机的结构完整性以及整机安全水平有着极其重要的影响,对限寿件进行概率风险评估是发动机适航取证过程中面临的重要问题之一。文章基于国际通用断裂力学的限寿件概率风险评估方法,利用该方法对含硬α缺陷的钛合金轮盘进行失效风险分析,并就影响风险值的载荷、断裂韧度以及缺陷等三个重要参数进行了敏感性分析。分析结果表明,相对于缺陷和材料的断裂韧度而言,载荷的变动对盘的失效风险值影响最为显著,缺陷大小次之,而断裂韧度在10%范围内变动对失效风险值的影响几乎可以忽略。     

粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率分析

建立了考虑应力及断裂参数随机性的裂纹扩展失效功能函数 ,提出了亚表面裂纹扩展寿命计算方法。用 Hasofer- L ind方法分析某粉末冶金涡轮盘裂纹扩展失效概率 ,通过敏感性分析指出提高发动机可靠性的主要途径 ,具有工程指导意义。并用蒙特卡罗法和β球法进行验证     

裂纹扩展寿命多失效模式可靠度的序列二次规划计算方法研究

机械结构中普遍存在疲劳裂纹,由于受各种随机因素的影响,裂纹扩展过程下的结构安全性评价往往具有很大的不确定性。针对有限板宽问题,通过灵敏度分析,优选出了对疲劳裂纹扩展速率影响较大的因素(载荷水平、裂纹初始长度和材料参数),并将其视作随机变量,推导出疲劳裂纹扩展下的断裂失效可靠性模型,在此基础上建立了可靠性指标的优化数学模型,并基于序列二次规划算法给出了裂纹结构断裂失效及静强度联合失效的可靠性指标。最后根据一个具体实例,得到了联合失效模式下的可靠性指标随应力循环次数扩展的曲线,并同单一失效模式下的可靠性变化进行对比分析,说明了基于联合失效模式下的可靠性分析的合理性,实现了对裂纹结构在扩展过程中可靠性变化的评价。     

TBM刀座焊缝疲劳可靠性分析

刀座焊接处是全断面岩石隧道掘进机(Full face rock tunnel boring machine,TBM)刀盘上最易发生疲劳破坏的部分。基于线弹性断裂力学,以裂纹疲劳寿命为基本变量,建立裂纹扩展可靠性模型,通过JC法计算刀座正面焊缝在不同滚刀实验载荷下的疲劳可靠性,并分析了不同因素对失效概率的影响。结果显示:中心滚刀刀座焊缝的失效概率比正滚刀小,正滚刀的失效概率随着安装半径的增大而减小;刀座焊缝失效概率随着初始裂纹深度的增大而显著增大,而临界裂纹深度的变化对失效概率的影响不大;裂纹形状比越大,刀座焊缝的失效概率越小。     

冗余结构系统共因失效相关性分析及概率预测

通过分析冗余结构系统环境载荷和元件强度分散度对系统各失效模式之间相关程度的不同影响,阐明了元件强度变量相互独立时冗余系统共因失效的发生机理,揭示了共因失效这种系统失效相关性的最基本原因。通过系统1、2重失效概率近似表达了系统各重失效概率的下限,并在此基础上建立考虑共因失效的冗余结构系统概率预测模型,利用JC方法的分析结果近似预测单位时段冗余系统的失效概率。     

含未穿透裂纹结构断裂失效概率计算的重要抽样法

将线弹簧模型法与重要抽样法相结合,建立含未穿透裂纹结构断裂失效概率的计算方法,考虑材料特性、外载荷和裂纹尺寸等参数的不确定性,以含未穿透裂纹平板为例进行计算,求得结构的失效概率。对比分析Monte Carlo法、响应面法和重要抽样法的计算效率与精度。结果表明,所提方法是合理可靠的,而且计算量小、精度高、通用性强,适合工程实际应用。     

核压力容器缺陷验收确定性准则的失效概率分析

在含缺陷结构完整性评定中,即使满足确定性分析要求,结构也会存在发生失效的可能。提出确定性缺陷验收准则所对应失效概率的分析方法,以计算在满足确定性分析要求的临界条件下结构的失效概率。采用该方法可以验证确定性缺陷验收准则是否能够满足结构的概率要求,也可依据概率要求指导确定性缺陷验收准则中安全系数的制定。针对ASME BPVC第XI卷中基于应力强度因子的缺陷验收准则,以正常降温工况和承压热冲击事故工况为例,对一典型含缺陷反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)进行确定性分析和概率分析,得到相应工况下的临界裂纹尺寸及失效概率,并讨论安全系数对含缺陷RPV失效概率的影响。所分析案例表明,ASME标准中规定的安全系数在正常降温工况下尚不能保证RPV临界失效概率低于核安全的概率要求。     

发生桩基沉降在役压力管道的断裂失效风险分析

含缺陷管道和压力容器的安全评定是石油化工行业中的一个重要课题，断裂力学的出现和发展为它们的安全评定提供了有力的手段。充分考虑工况载荷、缺陷尺寸、断裂韧度、机械强度等参数的不确定性，根据R6双判据准则，通过Monte Carlo模拟方法对发生桩基沉降的管道进行了失效风险分析，得到它的失效概率，对于掌握发生桩基沉降管道的安全可靠性具有一定的实用价值。     

Effects of crack geometries on reliabilities using probability theories

The methodologies to estimate the reliability of cracked structures using the fracture toughness and the SIF are developed. The probability theories such as the FORM and the SORM are utilized to calculate the failure probability. It is found that the failure probability increases with the increase of the crack size and the applied stress, and the decrease of the fracture toughness. It is also found that the failure probabilities obtained by the FORM and the SORM are similar each other for the through crack,the edge crack, and the single and the double crack emanated from a hole, and turn out different for the elliptical and semi-elliptical surface cracks. It is noted that the tensile stress affects significantly on the failure probability among the other random variables on the various crack geometries.     

Failure probability of corrosion pipeline with varying boundary condition

This paper presents the effect of external corrosion, material properties, operation condition and design thickness in pipeline on failure prediction using a failure probability model. The predicted failure assessment for the simulated corrosion defects discovered in corroded pipeline is compared with that determined by ANSI/ASME B31G code and a modified B31G method. The effects of environmental, operational, and random design variables such as defect depth, pipe diameter, defect length, fluid pressure, corrosion rate, material yield stress and pipe thickness on the failure probability are systematically studied using a failure probability model for the corrosion pipeline.     

Reliability computation for a gas pipeline beam section with cracklike defects

In the context of the theory of random variables, a mathematical model is obtained for the probability of the nondestruction of a gas pipeline beam section in the presence of a longitudinal crack, which is located by means of pigging. A solution is obtained for the case when the fracture toughness of pipe steel, its physical and mechanical characteristics, loads, and the pipeline dimensions are nor mally distributed. An allowable mathematical expectation of the crack length is found for which the standard pipeline reliability and operational safety for the remainder of the service life are provided.     

管道材料性能和裂纹参量的概率统计分析

对某天然气管道的有关材料性能和裂纹参量进行了试验测定和试验数据的数理统计处理,建立了管线有关参量的统计分布函数的概率模型。对该管道主要随机变量的统计分析表明,裂纹深度和材料的断裂韧性表现为威布尔分布,裂纹深长比表现为对数正态分布,材料的屈服强度和拉伸强度表现为正态分布。     

随机因素对疲劳裂纹扩展分散性影响的探讨

采用概率有限元和可靠性分析相结合的方法,将影响裂纹扩展的主要随机因素作为随机变量处理,研究裂纹扩展失效概率的计算问题。文中采用梯度投影方法,对各种主要随机因素作为随机变量时用于失效概率计算的可靠性指标进行了计算,在此基础上用一阶可靠性方法计算了疲劳裂纹扩展的失效概率。     

基于概率断裂力学的管道失效分析

针对油气管道的断裂失效模式以及失效分析过程中存在的不确定性，结合概率断裂力学和安全评定规范，提出了管道缺陷失效概率计算方法。根据主要评定参数：缺陷尺寸、工况栽荷、断裂韧性、机械强度的分布特征，对各随机变量模拟抽样，应用Monte Carlo数值计算方法确定管道上各缺陷的失效概率。可靠性失效评定方法确实反映了评定参数客观存在的不确定性，克服了确定性失效评定方法的缺点，具有极高的应用价值。     

X80管线钢断裂韧性及失效评估图研究

X80管线钢在我国已经开始大规模的应用,其断裂韧性和失效评估曲线是工程应用中安全评定的重要依据。在力学性能测试的基础上,参考材料断裂韧性测试标准,并在试验中采用高K值比法预制疲劳裂纹,利用声发射装置确定裂纹起裂点,测定了X80管线钢母材、焊缝及热影响区的断裂韧性,并在此基础上建立其失效评估曲线,给出了符合三种材料特性的失效评估曲线拟合方程,以便为工程应用提供依据。     

The reliability estimation of pipeline using FORM, SORM and Monte Carlo Simulation with FAD

In this paper, the reliability estimation of pipelines is performed by employing the probabilistic method, which accounts for the uncertainties in the load and resistance parameters of the limit state function. The FORM (first order reliability method) and the SORM (second order reliability method) are carried out to estimate the failure probability of pipeline utilizing the FAD (failure assessment diagram). And the reliability of pipeline is assessed by using this failure probability and analyzed in accordance with a target safety level. Furthermore, the MCS (Monte Carlo Simulation) is used to verify the results of the FORM and the SORM. It is noted that the failure probability increases with the increase of dent depth, gouge depth, operating pressure, outside radius, and the decrease of wall thickness. It is found that the FORM utilizing the FAD is a useful and is an efficient method to estimate the failure probability in the reliability assessment of a pipeline. Furthermore, the pipeline safety assessment technique with the deterministic procedure utilizing the FAD only is turned out more conservative than those obtained by using the probability theory together with the FAD. The probabilistic method such as the FORM, the SORM and the MCS can be used by most plant designers regarding the operating condition and design parameters.     

APPLICATION OF SINTAP TO THE SAFETY ASSESSMENT OF X65 PIPELINE STEEL

0 INTRODUCTIONFlaw assessment concepts based on fracture mechanics arebeing increasingly used in industrial regulations and standards. Aconsiderable number of guidelines and procedures are availablewhich are partly based on each other but also exhibit sig…     

含裂纹结构剩余强度的一种估算方法

剩余强度分析对结构断裂安全性评价十分重要。现有的剩余强度分析方法中,Feddersen工程分析法具有代表性,它对简单含裂纹结构比较有效。但这类方法一般需要预先得到弹性断裂应力的连续曲线,才有可能进行短裂纹阶段的弹塑性修正和长裂纹时的净截面屈服修正,使用不方便,有时甚至不适用。本文认为含裂纹结构的破坏是静力学模式破坏和断裂力学模式破坏共同作用的结果,从而建议一种结构剩余强度的实用估算方法。通过表观断裂韧度准则确定的弹性断裂强度和净截面全面屈服后的静力学破坏强度的结合,估算剩余强度许用值。该方法可以方便地估算任意时刻的剩余强度。分别进行含中心裂纹的有限宽板和含裂纹耳片结构的剩余强度试验,并与估算结果进行比较,表明本文方法预测精度良好,有望推广到其他结构形式。文中强调,表观断裂韧度Kapp值的合理与否对估算结果有明显影响。