压力容器失效准则的应用分析

压力容器的安全评价是杜绝事故发生的关键过程,如何选择合适的失效准则至关重要.对现行压力容器的几种主要失效准则进行了论述;用有限元分析软件针对不同壁厚的管道进行了基于弹性失效准则和塑性失效准则的失效压力计算,其中考虑了材料的真实应力-应变曲线对失效压力的影响;并利用FouPel经验公式进行基于爆破准则的失效压力计算.最后...     

自立式钢烟囱开孔应力分析

通过有限元软件ANSYS,以某项目60 m自立式钢烟囱为例,分析了特定荷载作用下烟囱开孔处应力分布情况。结果表明:软件模拟的薄弱位置与烟囱设计规范计算得到的薄弱位置一致;当计算所得烟囱开孔处应力应变水平较低,可适当减薄开孔处壁厚或减小型钢截面,以提高其应力水平;当洞口筒壁进入塑性,可以采取增加开孔处壁厚或加大型钢截面,也可以提高接管壁厚,以降低其应力水平,使洞口筒壁处于允许的屈服强度以内。     

超声波直探头检测技术在三通壁厚异常时的应用

应用超声波直探头检测技术检测压力管道壁厚异常区域,可以明确壁厚异常区域是壁厚减薄还是夹层缺陷,再根据分析结果判断存在壁厚异常区域的管件是否需要更换。     

磨损套管爆破强度应力应变分布规律研究

套管磨损后,其壁厚大大减薄,抗内压爆破能力大大下降,从而会造成大量的钻井事故或油气井早期报废。利用有限元分析软件,研究了有水泥环和无水泥环磨损套管模型爆破压力下的应力应变分布规律。研究结果表明,在逐渐加载至爆破压力的过程中,应变与加载内压的关系会由线性变为非线性;爆破压力下,磨损套管内外壁面的应力分布曲线在周向20°位置存在一个明显的转折点;套管外表面周向20～140°段径向位移会随着磨损量的增大而减小。     

天然气输送管道热弯钢管腐蚀缺陷的完整性评价

为了评价天然气输送管道热弯钢管腐蚀缺陷的完整性,分别对热弯钢管及含腐蚀热弯钢管进行了有限元分析(FEA).对热弯钢管有限元分析的结果表明,应变在拉伸区域轴向为正值,在压缩区域轴向为负值,而径向应变分布却与此相反,且钢管的壁厚和应变与弯曲角无关.通过对不同壁厚、平均壁厚、含对称腐蚀缺陷以及含非对称腐蚀缺陷热弯钢管爆破压力...     

平面闭合弯矩作用下外拱局部减薄弯管塑性极限载荷

采用有限元分析法和试验测定法,对平面闭合弯矩作用下外拱局部减薄弯管的极限载荷进行了研究,并由有限元计算结果数据拟合出外拱局部减薄弯管塑性极限弯矩的计算公式,该公式的计算结果与有限元计算结果、试验结果比较符合。     

壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响

采用有限元法分析了壁厚不均缺陷对膨胀套管性能的影响。分析研究结果表明(1)壁厚不均的膨胀套管膨胀后壁厚不均度增大;(2)壁厚不均的膨胀套管膨胀后各部位壁厚均减小,最薄侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈上升趋势,而最厚侧壁厚减薄量随壁厚不均度的增加呈下降趋势;(3)壁厚不均度对膨胀套管自由端面轴向总位移影响很小;(4)膨胀套管壁厚不均度小于0.2时,所需最大膨胀力变化不大;壁厚不均度大于0.20时,所需最大膨胀力迅速降低;(5)壁厚不均度对膨胀套管膨胀后的残余应力影响很小。     

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。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。     

套管挤毁机理的研究

根据API BUL 5C3关于套管受外压大部分属于塑性挤毁的理论,采用高压水下应奕测量技术,对直径177．8mm*10.36mm110钢级套管在不同外压力下的环向应变进行了测量,并对套管挤毁过程中的应变分布和变化规律做了分析,研究分析表明,套管的不圆度和壁厚不均度等缺陷对套管抗挤毁性能有较大影响,其中壁厚不均度的影响比不圆度的影响更大,套管受外压挤毁的机理是首先在几何缺陷较大的某些局部区域出现塑性屈曲形成塑性铰,随后套管出现结构失稳被挤毁。     

防爆膜材料的塑性对爆破压力精度影响

在防爆膜厚度等条件一致时 ,材料的强度固然决定了爆破压力的大小 ,但其塑性却决定着爆破压力的精度。运用材料力学的原理 ,通过应力应变关系的公式推导 ,得到防爆膜材料的塑性与爆破压力精度的关系。     

可膨胀波纹管堵漏技术应用

波纹管技术主要用于封隔复杂井段,处理井漏、井涌、水侵或坍塌等事故,可保证复杂地区深井钻井的顺利进行。利用有限元方法分析了可膨胀波纹管不同壁厚力学特征,并进行了现场实例计算。结果表明：波纹管壁厚增加,所需胀形压力也增加,波纹管最大应变也增加;波纹管应力随压力增长,由于波纹管三段相互影响,应力出现波动;波纹管应变经历了增加、稳定继续增加、稳定的阶段;压力达到一定程度后,波纹管的应变稳定下来,这个阶段尽管压力增加,变形也不增加,若继续增加压力,则波纹管可能破裂失效。     

某站场埋地管线失效分析

为了探究某输油站场埋地管道失效原因,避免类似事件的发生,采用外观测量、金相试验、化学分析、力学性能试验、扫描电镜分析等方法,对失效管段进行了分段研究。试验结果显示,管道内壁腐蚀比较严重,管道壁厚分布不均匀,局部减薄明显;爆裂处管段母材化学成分和强度均与其他管段存在较大差异;管道内壁破裂处及管道内壁凹坑内腐蚀产物主要含有大量氧化物、碳化物。研究表明,该管道失效原因主要为选材不当及管壁内腐蚀造成的壁厚减薄所致。     

一台天然气卧式气液分离器检验案例分析

某井场一台天然气气液分离器进行定期检验,下筒体接管正下方区域壁厚测定异常:设计壁厚18 mm,实际测厚最小值11.7 mm。根据该设备材料质量检验报告、设备运行工况、介质特性及壁厚减薄部位的特定性分析预判可能为局部腐蚀减薄或分层缺陷,经开罐内部检验结果证实为局部腐蚀减薄。按照《压力容器定期检验规则》中对有腐蚀的压力容器安全状况等级评定的相关规定,确定该设备的安全状况等级并提出更换下筒体的建议。进一步分析腐蚀成因并提出预防措施,探讨该类压力容器使用管理重点、定期检验重点,同时给出使用单位对此类压力容器特定部位做壁厚定期监测的建议。     

压裂泵泵头体内腔相贯线裂尖J积分研究

对于三维形式的裂纹问题,尤其是结构相对复杂,以角裂纹形式存在于十字形内腔相贯线处的裂纹问题尚没有适用的方法描述。鉴于此,针对压裂泵泵头体主要的失效形式,建立了含有不同尺寸角裂纹的有限元模型,计算了裂纹前缘J积分及裂尖塑性区尺寸。综合有限元分析和理论结果发现:随着裂纹长度的增加,裂纹前缘J积分逐渐增大但增幅逐渐减小,且吸入腔表面裂纹尖端J积分大于柱塞腔,内腔几何特征影响J积分分布;裂纹尖端塑性区形态为鱼尾形,断裂模式仍由I型断裂模式主导;沿裂纹面方向裂纹前缘塑性区尺寸与J积分分布规律一致,裂纹端部由于存在压力约束,实际计算塑性区尺寸较平面应力条件下差异较大,J积分最小处的塑性区尺寸与平面应变条件下的理论公式计算值非常接近。所得结论可为研究塑性区尺寸对压裂泵泵头体内腔相贯线裂纹扩展影响奠定基础。     

波动内压作用下油气管道凹陷再圆分析

油气管道正常运行的实际工况中,管道工作内压存在波动。分析波动内压作用下油气管道凹陷的再圆过程对于保证管道凹陷安全性评价结果至关重要。鉴于此,利用ABAQUS有限元软件,分析了管道壁厚、压头几何形状、管道初始凹陷深度等对管道凹陷弹性回弹以及在不同波动内压载荷作用下管道凹陷再圆的影响,并借助MATLAB非线性拟合功能得到了无内压作用时,管道凹陷回弹系数计算经验公式和在波动内压作用下管道凹陷再圆系数的计算经验公式。研究结果表明：管道壁厚越大、凹陷深度越深、凹陷沿轴向区域增大时,管道凹陷的回弹系数随之增大,管道凹陷发生弹性回弹愈加困难;管道波动内压峰值压力越大,管道凹陷再圆越明显;当管道波动内压确定时,管道凹陷越深、凹陷轴向区域越大和管道壁厚越大时,在遭受管道波动内压的作用下,管道凹陷不容易发生周期性的再圆,从而具有较强的抗疲劳损伤与抗失效能力。所得结果可为油气管道凹陷的安全评估提供参考。     

光纤光栅检测非均匀壁厚圆管应变的实验研究

根据光纤布拉格光栅(FBG)的传感原理,提出了一种基于光纤布拉格光栅技术的无损检测管柱应变的方法。设计制作了模拟管,模拟管的一侧壁薄,另一侧壁厚;将2个中心波长不同的光栅粘贴在管的这2个区域;实验测定了两光栅反射波长随压力变化的特性。结果表明,布拉格反射波中心波长漂移随压力变化呈良好的线性关系,壁薄处FBG的反射波长偏移量比壁厚处反射波长偏移量大,即壁薄处应变大。该方法不仅可检测非均匀壁厚圆管的应变,还可以检测其他复杂结构的应变,并可以用在恶劣环境,实现实时检测。     

管线钢平面应变断裂韧性经验模型研究

为了研究高钢级管线钢断裂韧性受试样厚度影响的变化规律,对X80管线钢不同厚度的试样进行了系列断裂韧性试验,建立了X80管线钢平面应变断裂韧性和临界壁厚关系的经验估算模型。基于试验结果以及三维断裂力学理论和准则,对所建立的经验模型进行了验证。结果表明,对于X80管材,平面应变的临界壁厚大约在50 mm,与厚壁弯管的爆破试验结果基本吻合;经验估算模型的预测结果较为准确,能够满足工程应用的需要。     

轴向斜接管内压容器爆破压力的预测

接管是容器必不可少的结构,在接管部位由于开孔产生应力集中,加之与接管的连接处发生边缘效应,使得该部位的应力分布相当复杂。对3台具有不同结构尺寸的轴向斜接管内压容器进行水压爆破试验,并采用静态非线性有限元法对3种模型的爆破压力及失效位置进行了预测分析,并与试验结果做比较。比较结果表明:(1)开孔结构削弱了结构的强度,降低了容器的承载能力;(2)有限元预测得到的爆破压力与试验及理论计算所得的爆破压力比较接近;(3)带轴向斜接管内压容器的等效应变最大节点都位于筒体和接管相交的锐角侧。     

高温下管道穿孔局部应力应变分析

为研究高温下含穿孔管道的局部力学特性,以X70管道为研究对象,利用ANSYS模拟在运行压力和高温的作用下,穿孔局部的等效应力和塑性应变分布。对比分析了在特定运行压力下内、外穿孔局部的最大应力、塑性应变随温度的变化趋势以及各高温下穿孔局部最大等效应力、塑性应变随内压的变化趋势;随管道内压的增加,应变增长趋势较快,到达一定压力后近乎呈指数增长,并得到泄漏孔可能开裂时极限内压的范围。