含轴向裂纹等径焊制三通的塑性极限载荷

在几个简化假设的前提下 ,采用弹塑性有限元方法 ,系统分析了内压下含轴向裂纹的等径焊制三通的极限载荷及其变化规律 ,分别给出了含轴向裂纹、穿透型裂纹及表面裂纹的三通极限载荷的估算公式 ,并将估算公式计算出的值与有限元数值解进行了比较。结果表明 ,深短裂纹和浅表面裂纹对极限载荷影响很小 ,内表面和外表面两种裂纹形式对极限载荷的影响差别不大 ,可采用外表面裂纹来分析 ;给出的估算公式具有较高的精度和合理的保守性     

压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。     

肩部减薄三通塑性极限面内弯矩的分析

三通在使用中受介质的腐蚀或冲刷会在肩部产生局部减薄,从而降低其使用的完整性。鉴于此,采用弹塑性有限元方法,分析了肩部减薄缺陷对三通极限载荷的影响。研究表明缺陷的轴向长度对三通的极限面内弯矩影响较小。在将常用三通几何尺寸简化为等径不等壁厚形式的基础上,建立了覆盖常用三通几何尺寸及缺陷尺寸的塑性极限面内弯矩有限元解数据库,最终拟合得到具有较高精度的塑性极限面内弯矩工程估算公式。     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力（Ⅱ）—工程估算方法

采用极限分析的下限定理,以石油化工行业常见的含腹部中心裂纹等径三通为研究对象,在合理简化的基础上推导出极限压力的估算公式,试验数据和有限元数值解验证结果表明,该表达式不仅简洁,而且具有较高的计算精度,对含缺陷三通的完整性评定具有重要的参考价值.     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力(Ⅰ)--有限元分析

采用三维弹塑性小变形有限元技术,对内压下含以腹部为中心的环向裂纹等径焊制三通的极限载荷进行了系统分析.结果表明,浅裂纹(a/T≤0.5)和短深裂纹(a/T≥0.75)对极限压力影响很小,肩部中心裂纹对三通极限承载能力的削弱远小于腹部中心裂纹.此结果可为压力管件完整性评估提供基础数据.     

含环向裂纹等径焊制三通极限压力（I）——有限元分析

采用三维弹塑性小变形有限元技术,对内压下含以腹部为中心的环向裂纹等径焊制三通的极限载荷进行了系统分析.结果表明,浅裂纹(a/T≤0.5)和短深裂纹(a/T≥0.75)对极限压力影响很小,肩部中心裂纹对三通极限承载能力的削弱远小于腹部中心裂纹.此结果可为压力管件完整性评估提供基础数据.     

整圈未焊透三通塑性极限内压的估算式拟合及验证

根据极限内压对未焊透深度敏感程度的不同,把三通定义为深度敏感整圈未焊透三通和深度非敏感整圈未焊透三通。基于大量计算数据,拟合得出整圈未焊透三通量纲一塑性极限内压工程估算公式。同时通过多组算例,对工程估算式和有限元解进行了比较,验证了估算式的精度。     

裂纹型缺陷对套管承载能力影响研究

套管裂纹缺陷中最危险的是表面裂纹，可分解成表面周向裂纹和表面轴向裂纹问题。采用能量差率方法，将裂纹的三维问题转化为二维问题，获得了关于裂纹张开位移的伯努利方程的简化封闭解，导出了空心圆管内、外表面的周向半椭圆表面裂纹在轴向拉伸载荷作用下的应力强度因子的封闭解，并在实例中用双边界元法证明了封闭解的正确性；对轴向裂纹的应力强度因子，比较了经验公式求解与双边界元计算的结果；分析了工程实例中裂纹缺陷对套管安全的影响。     

横力弯矩作用下周向裂纹管的塑性极限载荷

目前对承受弯矩的裂纹管道的塑性极限载荷的研究一般都只限于纯弯矩 ,而工程实际中承受弯矩载荷的管道大部分是横力弯矩 ,截面上同时存在正应力和剪应力 ,尤其是管道的跨度较短 ,所受的横向力较大时 ,剪应力对管道的极限承载能力有较大的影响。基于以上考虑 ,建立了含周向裂纹管道在横力弯矩组合载荷作用下的塑性极限分析模型 ,推导了包含埋藏裂纹、内表面裂纹、外表面裂纹和穿透裂纹等不同裂纹形式在拉力、横向力及内压作用下的极限载荷计算公式 ,计算公式可用于周向裂纹管道在各种载荷条件下的安全可靠性评估     

套管修复轴向穿透裂纹管道极限载荷研究

利用套管包覆缺陷是修复缺陷管道常见的方法之一。利用弹塑性有限元分析方法,对用套管修复轴向穿透裂纹管道的结构进行了有限元计算。采用极限载荷系数p衡量结构的极限承载能力,对其影响因素进行了研究。研究结果表明,p与套管位置有关,p随套管壁厚和套管宽度的增加而增加。给出了不同形式下套管修复轴向穿透裂纹管道的推荐参数,可为工程实际应用提供一定的支持。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷与安全评定

运用正交实验设计和弹塑性有限元分析相结合的方法 ,对含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷进行了研究 ,分析了局部减薄缺陷对管子极限载荷的影响因素。研究结果表明 ,缺陷的深度是管子极限载荷 (内压和弯矩 )的主要影响因素 ,而缺陷的周向长度和轴向长度分别对管子的极限内压和弯矩的影响较小。据此研究结果 ,提出了含局部减薄缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的安全评定方法     

Ω环极限载荷近似计算

应用 ANSYS有限元分析软件 ,对不同材料和尺寸组合的 Ω环模型结构进行了弹塑性有限元计算 ,采用零曲率准则确定了各个模型的极限轴向力和极限内压 ,分析了极限载荷与 Ω环结构参数——环壳截面半径 a、壳体厚度 h以及环半径 R的关系 ,通过曲线拟合 ,得到了 Ω环极限载荷的近似计算公式。     

含缺陷石油管道极限承载能力分析

含缺陷的长输管线运行不安全 ,甚至可能导致管线失效。为此 ,研究了缺陷种类和尺寸对焊管极限承载能力的影响 ,并采用实物水压爆破试验进行了部分验证。由MPC -Prefis软件计算了X52ERW钢管在不同外表面裂纹尺寸下极限承载压力的变化规律 ,采用B31G公式计算含体积型缺陷钢管的极限承载能力。最后指出 ,对含表面裂纹缺陷的钢管 ,采用改进的B31G公式计算结果与实测值较接近 ,但在工程使用时偏于危险 ;采用API 579方法及Newton -Raphson公式计算结果偏于保守 ,且当裂纹尺寸达某一临界值后无法使用 ,对于含腐蚀性缺陷钢管 ,基于塑性失效准则的非线性有限元法能准确预测其极限承载能力     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

液压加固补贴对破漏套管的仿真研究

针对胜利油田长距离套管损坏井连续破漏及管体刺漏等套管失效工况,以∅139.7 mm×7.72 mm的N80套管为例,借助于ABAQUS有限元软件建立了破漏套管经液压加固补贴后的有限元模型,并对套管组合体模型的承载极限进行了定量分析。研究结果表明:破漏套管表面裂缝的存在对套管组合体承受外挤工况的影响较大,而对组合体承受轴向拉力、轴向压力以及内压等工况的影响甚微;当破漏套管最小裂缝宽度小于2.5 mm时,经液压加固补贴后的组合体在轴向拉力、轴向压力、内压以及外挤等4种载荷工况下的承载极限均高于无损套管的承载极限,满足现场工况要求;而当最小裂缝宽度大于6.5 mm时,补贴后的套管组合体承受的极限外挤载荷小于63.4 MPa,抵抗极限外挤的能力有所降低;通过更改补贴管材质,可明显提高补贴组合体在内压及外挤工况下的极限承载能力。研究结果对现场施工作业具有一定的指导作用。     

接管轴向载荷对内压圆筒强度性能的影响

采用有限元方法分析了接管轴向载荷对内压作用下开孔-接管区各个截面的弹性应力集中、应力分布以及结构的塑性极限内压的影响规律。分析结果表明,接管轴向载荷对内压圆筒弹性应力分布、内压承载能力有一定的影响,轴向载荷使横向截面最大应力出现的位置不断变化;轴向推力能减小应力集中系数和增强开孔-接管区的承载能力,轴向拉力能增大应力集中系数和降低开孔-接管区的承载能力。     

海洋平台含裂纹管节点CFRP修复效果仿真研究

以某冰区海洋导管架平台为研究对象,提出基于子模型技术的应力强度因子计算公式和步骤;建立了含裂纹管节点的有限元模型;提出用4种不同厚度的碳纤维增强复合材料(CFRP)片修复含裂纹管节点的有限元模型,并对修复效果进行了仿真分析与评估。仿真研究得出如下结论:(1)采用CFRP片修复平台含裂纹的管节点,裂纹尖端的应力强度因子以及平台管节点极限冰载荷都有较大变化,当CFRP片厚度为3mm时,等效应力强度因子减小58.01%以上,极限冰载荷增加95.83%,而当CFRP片厚度为6mm时,等效应力强度因子减小66.68%,极限冰载荷增加134.70%;(2)随着CFRP片厚度的增加,应力强度因子的减小,使胶层力学性能成为影响CFRP片修复平台管节点裂纹的一个"瓶颈"。     

面内弯矩下双弯头组合管件的极限载荷研究

针对压力管道中最常见的组合型谱(长径双弯头)构成的组合管件,采用有限元分析法,研究了其在面内弯矩作用下的力学特性,得到了长径双弯头组合管件的塑性极限弯矩,并给出工程估算式。结果表明,组合管件是一种既安全又方便的新型压力管道元件,现有管件的极限载荷估算公式不适用于组合管件,是偏危险的;通过计算结果拟合出适合于工程应用的长径双弯头组合管件的塑性极限弯矩的工程估算式精度足够。研究成果对于组合管件的工程设计与安全使用具有重要的参考价值。     

异径三通管体泄漏失效原因分析

某天然气处理厂的异径三通管体发生了泄漏失效事故.采用无损检测、理化检验、金相分析和能谱分析等方法,对该泄漏管件进行了失效原因分析.结果 表明,该三通成型工艺控制不当,在轴向压力作用下,内表面出现沿主管径向的变形,支管与主管过渡部位出现了波浪状凸起,在内表面产生了裂纹,裂纹萌生扩展形成贯穿裂纹.最终在试压过程中,三通管件...     

考虑裂纹影响的海洋管道极限弯曲载荷分析

焊缝的裂纹容易使管道产生应力集中,使得海管在卷管铺设过程中承受弯曲载荷的能力大幅降低。利用有限元软件模拟了有裂纹海管在受到弯曲载荷作用下的变形,对含不同裂纹角的海管进行了分析,其结果与采用Miller计算方法和Zahoor计算方法得到的结果吻合。对有限元计算得到的多组数据进行了函数拟合,得到了有裂纹海管的极限弯曲载荷表达式。