管线断裂控制参量的研究

回顾了管线裂纹上裂预测方法，指出近年来随管线钢管材料特性的变化，材料强度及韧性的提高，采用已有止裂预测公式偏于危险。并通过对几种断裂控制参量如夏比冲击功，裂纹尖端张开位移，落锤撕裂实验和上裂韧性的测量分析，表明DWTT当量Cv方法，M=Cv^1/2/YS参数法，Leis修正法可以不同程度的修正这种偏离，使预测值更接近实测值，从而大大提高了对管线裂纹上裂预测的准确性。     

X100管线钢管的技术要求及研究开发

结合X100管线钢管开发研究成果,对X100管线钢管开发研究中普遍关注的断裂控制、高屈强比、各向异性、缺陷容限和韧脆转变行为等主要问题进行了分析讨论。研究结果表明,用DWTT试验和Battelle总结的85%SA对应温度经验方法能准确预测X100钢管的韧脆转变温度和断裂行为;目前只有全尺寸实物爆破试验法是适用于X100管线裂纹止裂行为预测的可靠方法。因此,X100管线钢管的应用还需根据具体管线服役工况,在API SPEC 5L标准基础上,补充屈强比、止裂韧性及DWTT等关键技术指标的要求,以保证X100管线的服役安全。     

高钢级管线钢止裂韧性评价中应力波的影响

通过对高钢级管线钢止裂韧性评价的研究现状以及管道断裂过程、CVN和DWTT测试过程中力的作用方式的分析,发现应力波对高钢级管线钢的裂纹扩展过程及止裂有重要影响,应该予以关注。分析了应力波对高钢级管线钢止裂过程的影响,如高级管线钢在冲击载荷作用下的断口异常和分层现象,应力波对高钢级管线钢载荷传递的影响等问题研究,可为解决高钢级天然气管线止裂评价问题提供有益的参考。     

高钢级管线钢的延性断裂: CVN和DWTT动态冲击试样应力状态和能量的研究

针对高强韧钢的止裂性能,讨论了可用的管道止裂预测技术的现象学基础和局限性,以及在更大塑性变形时如何修订和修正结构钢的韧性,以便更好地理解在这种情况下钢的延性断裂过程。通过进行GTN损伤模型和扩展有限元（XFEM）模型的数值分析,包括参数的校准和灵敏度分析,对采用三点弯曲加载方式的X80钢夏比冲击试样及DWTT试样进行了模拟。结果表明:两种模型在应力状态和能量方面的结果都很接近,说明两种方法都可以考虑用作所需分析的比对。GTN模型更具现象学性,而XFEM模型被证明更简单、更实用。此外,应力场和能量可以针对所研究的几何形状进行量化,并且此类分析表明了夏比和DWTT试样表征描述稳态延性断裂扩展和止裂所需能量的可能性和局限性。结果支持进一步研究相关管道完整性评定。     

管线钢管的止裂预测

针对过去十年中管道韧性断裂的止裂预测与全尺寸试验结果不相符,致使标准预测工具对现代管道设计的适用性出现的问题。SZMF公司开发出了新的止裂预测方法。基于能量的判断应考虑到材料韧性的止裂压力预测。在有限元模型的数值方法中,代表材料抗力的基于能量的内聚区模型包含了材料损失,材料的力学性能特征值根据预制疲劳裂纹试样的落锤撕裂试验(DWTT)来确定。     

不同缺口类型X100钢管的韧性特征及断裂规律

止裂韧性是管线钢的一项重要性能指标,准确测定钢管的止裂韧性对于保证管线的安全运行具有重要意义。为此,采用不同温度下的落锤撕裂试验(Drop Weight Tear Test,DWTT)研究了人字形和压制V形2种缺口X100钢管的能量特征,从吸收能、断口剪切面积、总吸收能、起裂能和扩展能等方面对其能量进行了表征和分析,同时进行了不同温度下的夏比V形(Charpy V-type Notch,CVN)冲击试验,对比分析了不同缺口类型X100钢管DWTT能量密度与CVN能量密度的变化。结果表明:相对于人字形缺口试样,压制V形缺口试样的总吸收能较高,韧脆转变温度较低,能量密度较高,扩展能与总吸收能之比较低,总吸收能和扩展能对温度较为敏感,起裂能则对温度不敏感;起裂能量密度、扩展能量密度与总能量密度之间,以及起裂能量密度与CVN总能量密度之间具有线性关系;相对于CVN冲击试验,DWTT所得到的韧脆转变温度较高。通过DWTT与CVN的对比分析,推荐采用Battelle能量关系式来建立DWTT与CVN的能量关系。     

管线钢管韧性的设计和预测

韧性的设计和预测是油气管线设计的重要内容。基于油气管线脆性断裂的防止、裂纹起裂阻力的优化和延性断裂扩展的控制,本研究对管线钢管的脆性断裂韧性、起裂韧性和延性断裂止裂韧性的设计和预测进行了分析和讨论。管线钢管的脆性断裂韧性设计以在最低运行温度下,DWTT试样85%SA作为设计和评定的标准;当进行起裂韧性设计和预测时,以最大理论临界裂纹尺寸的90%作为钢管所容忍的临界裂纹尺寸,临界裂纹尺寸所对应的韧性即为起裂韧性;天然气管道延性断裂止裂韧性设计的基本方法为Battlle双曲线方法及其简化公式。     

OD1 422 mm X80钢管低温爆破试验研究

为了降低我国低温服役管材失效概率,掌握X80钢级管材低温性能,研究了一套低温爆破试验技术和方法,开发了低温爆破试验装置,在-5℃下开展了1次OD1422 mm X80钢管全尺寸低温爆破试验。通过试验得到了裂纹扩展速度和断口形貌,试验结果表明:在初始裂纹扩展速度达到200 m/s以上的情况下,该规格管材可依靠自身韧性将裂纹扩展速度降到100 m/s以下,实现低温止裂;同时试验钢管断口形貌与DWTT断口形貌相吻合,验证了DWTT试验方法的有效性。     

X120管线钢管爆破试验及止裂设计的研究

为了研究X120(827 MPa)钢管的爆破容量从而正确评估钢管的结构性能,进行了一系列的全尺寸试验和有限元分析,同时进行了爆破和断裂止裂研究,进行了全尺寸止裂试验以评估X120钢管材料本身的止裂能力。爆破试验和分析的结果表明,该X120钢管有很强的抗内压能力。试验所讨论的模型未预测到X120管线钢管固有裂纹止裂所需要的韧性,但是,在不太严格的设计情况下,对于有固有裂纹止裂能力的X120钢管可能具有足够的止裂韧性。     

裂纹尖端张开角及在输气管线止裂预测中的应用

介绍了一种近年来新发展的输气管线断裂控制参量——裂纹尖端张开角(CTOA)的计算模型及方法.国际上计算输气管线动态断裂与止裂的PFRAC软件中视裂纹扩展速度为常数.针对这一问题,利用Alliance管线的实物爆破试验结果,通过分析和模拟提出了一种新的输气管线裂纹扩展速度的衰减模式,并引入到PFRAC计算程序中.采用改进的计算方法和程序,结合西气东输管线,研究了CTOA与止裂长度的关系,分析了输送压力、管材壁厚等因素对西气东输管线动态断裂及止裂的影响.裂纹尖端张开角可用于中国管道动态延性裂纹和止裂的定量评价.