内压作用下含双外凹坑缺陷压力管道的评定方法研究

通过有限元软件ABAQUS计算了内压作用下含双外凹坑压力管道的极限载荷,讨论了在不同深度作用下,两个凹坑沿轴向和环向排列时的极限载荷变化,并认为凹坑的深度为影响极限载荷的主要因素,凹坑沿轴向、环向排列为次要因素。最后对所计算模型,分别应用BS7910-2005,ASMEB31C-2009,API579—1ASMEFFS-1-2007与GB／T19624-2004等标准对多凹坑处理方法进行分析。     

含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论

局部减薄是压力管道常见的一种体积型缺陷,在管道的服役过程中不仅会出现单个局部减薄缺陷,甚至会有多个局部减薄缺陷。通过有限元方法模拟内压作用下含双局部减薄缺陷管道获得其极限载荷,讨论了在不同的轴向和环向排列方式以及不同的局部减薄相对深度下,两局部减薄缺陷间的距离对压力管道极限载荷影响程度的差异。然后对所计算模型应用API 579-1 ASMEFFS-1—2007《适合服役》与GB/T19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》中对多局部减薄(凹坑)处理方法进行评定,并与有限元得到的结果进行比较,发现两评定规范既存在着保守性,也存在着不安全性。最后对两评定规范所论述的方法进行修正,提出了一种新的用于内压作用下含多局部减薄缺陷管道的多局部减薄处理方法。     

复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析

针对净截面垮塌(NSC)准则仅适用于拉、弯组合载荷的局限性,根据压力管道实际受力特点,提出了一种基于内压/弯矩/扭矩复杂载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式,该方法还充分考虑了管道曲率(管径比)、未焊透缺陷环向长度、深度对压力管道塑性极限载荷的影响。借助有限元分析方法对含各类未焊透缺陷的压力管道塑性极限载荷进行了数值计算并与理论值进行了比较。结果表明:该方法能较好地反映含未焊透缺陷压力管道的实际承载能力,结果可靠,可大大提高含未焊透缺陷压力管道安全评定的有效性。     

弯曲载荷作用下局部减薄管道的极限载荷分析

本文采用弹塑性有限元分析,计算了纯弯曲载荷作用下局部减薄管道的极限弯矩。结果表明,管道的极限弯矩不仅与局部减薄的宽度有关而且与局部减薄的轴向长度也有关。当减薄长度大于某一临界值,有限元结果与不考虑减薄长度影响的净截面跨塌准则（Net－SectionCollapse）所得到的结果一致。所以,可以保守地用净截面跨塌准则来评定受弯曲载荷作用的局部减薄管道的极限承载能力。     

含局部减薄缺陷压力管道承载能力研究

局部减薄缺陷会降低压力管道的承载能力,影响管道的安全运行。通过应力强度评定、极限载荷分析及安全评定标准三方面对含局部减薄缺陷压力管道的承载能力进行系统研究,研究了缺陷尺寸(缺陷相对轴向长度,缺陷相对环向角度,缺陷相对深度)对许用载荷、极限载荷和安全评定载荷的影响规律。结果表明,在内压作用下,缺陷相对深度对管道的承载能力影响最大,缺陷相对轴向长度次之,缺陷相对环向角度的影响最小。对比分析发现许用载荷和安全评定载荷基本吻合,极限载荷值高于许用载荷值34.92%左右;许用载荷与安全评定载荷的比值会在一定范围内波动,存在缺陷尺寸相关性;极限载荷值与许用载荷值的比值和局部减薄缺陷的尺寸无关。相对于极限载荷,许用载荷、安全评定载荷是安全的,符合工程应用的要求。     

含腐蚀坑缺陷悬空管道的安全研究

以西一线甘肃段某天然气管线为工程背景,由于土壤长期对管道腐蚀性影响及不良地质作用,含有腐蚀缺陷管道意外产生悬空。利用ASME B31G,DNV RP-F101标准和PCORRC方法对在役含腐蚀坑缺陷悬空管道中允许的腐蚀坑缺陷尺寸进行了确定。基于应变失效准则,建立管道在不同地区的失效判别标准,借助Abaqus有限元分析软件,研究含腐蚀坑缺陷悬空管道的失效位置及腐蚀坑缺陷的长度和深度对管道应力、应变、位移和对管道的安全、极限悬空长度的影响,结果表明,腐蚀缺陷深度系数对管道影响较大,当深度系数k1≥0.4后,管道的安全和极限悬空长度急剧减小,管道极易发生失效。     

含缺陷注蒸汽管道剩余强度的有限元分析

通过ANSYS大型有限元软件对含不同尺寸沟槽型缺陷的注蒸汽管道进行应力场模拟计算。分析中选用实体单元建立含体积型缺陷管道的3D模型,考虑了几何非线性和材料非线性以及缺陷位置、尺寸和形状对应力场的影响规律,并通过塑性失效准则计算了含不同缺陷注蒸汽管道的极限载荷。     

基于可靠性理论的腐蚀管道剩余寿命预测

由于管道本身材料、几何尺寸以及腐蚀速率等不确定因素的影响,腐蚀管道存在一定的可靠度和失效概率。已知管道的基本尺寸、屈服强度、内压等参数均服从正态分布,基于B31G准则建立了极限状态方程。通过MATLAB程序对该方程进行了Monte-Carlo模拟试验和一次二阶矩的计算,以API 579标准推荐的目标可靠度对管道进行了评估,在允许的可靠度范围下确定了腐蚀管道的剩余寿命;最后采用有限元方法对结果进行了验证。结果表明,通过可靠性理论和有限元方法的计算,该腐蚀管道的剩余寿命为12 a。     

腐蚀管道剩余强度的评价方法及剩余寿命预测

介绍了ASME B31G-2009、BS 7910-2005、PCORRC和API 579-1/AMSE FFS-1-2007四种标准中计算腐蚀管道剩余强度的经验公式,分析对比了四种管道剩余强度评价准则对预测结果的影响;并采用AMSE B31G-2009标准公式、有限元模拟和可靠性分析三种手段分别对某缺陷集输管道进行了剩余寿命预测。结果表明:对于不同钢级管道,API 579-1/AMSE FFS-1-2007标准方法预测的剩余强度最为保守,其次为ASME B31G-2009标准方法预测的,BS 7910-2005标准和PCORRC标准方法得到了相似的曲线,BS7910-2005标准的计算结果要稍大一些;为提高预测精度,需采用非线性有限元和可靠性分析法进一步预测剩余寿命;采用经验公式、有限元法和可靠性分析得到的剩余寿命结果较为接近,分别为10.8,12,13.6a。     

含腐蚀缺陷弯管的极限载荷分析

应用有限元分析软件ANSYS对含腐蚀缺陷弯管在内压载荷作用下进行有限元分析。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响,并根据Binfu失效准则,计算分析出弯管不同缺陷尺寸对弯管极限载荷的影响、弯管缺陷处的应力分布状态以及缺陷处随内压改变而变化的应力应变图。根据腐蚀区的应力应变图,对模型的塑性极限载荷压力进行预测,得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律。     

Plastic collapse analysis of defective pipelines under multi-loading systems

In this paper, a finite element mathematical programming formulation is presented for the kinematic limit analysis of 3-D rigid–perfectly plastic bodies. A numerical path scheme for radial loading is adopted to deal with complex multi-loading systems. A direct iterative algorithm is employed in solving the above optimization formulation. The numerical procedure has been applied to carry out the plastic collapse analysis of defective pipelines under multi-loading systems. The engineering situation considered has a practical importance in the pipeline industry. The effects of four kinds of typical part-through slots on the collapse loads of pipelines are investigated and evaluated. Some typical failure modes corresponding to different configurations of slots and loading forms are studied.     

西气东输管道环焊缝强度匹配工艺探讨

采用失效评定图技术分析了油气长输管道特别是高强度大口径管道环焊缝不同强度匹配形式对管道极限承载能力以及抗断性能的影响。以西气东输管道为例，计算分析了环焊缝不同强度匹配对管道抗断能力的要求。最后综合各种因素分析了西气东输管道应采用的环焊缝匹配工艺。     

浮拖过程海底管道力学分析

海底管道施工质量直接关系到海底管道能否长久地安全运行,对施工期间各种环境载荷、施工载荷作用下海底管道上的应力进行计算分析是确保海底管道施工质量不可缺少的重要手段.从海洋管道漂浮拖运过程受力-极限情况入手,建立数学模型,首次应用五弯矩方程解决海洋管道在拖运过程中的受力问题.并开发了实用程序,算例表明:计算分析结果满足实际应用要求.     

J55缺陷管的抗弯强度评价

工程管道会受到腐蚀，形成管壁局部变薄等缺陷，使承载能力降低。评定局部腐蚀缺陷所引起的管道承载能力降低对于确保管线的安全运行具有重要意义。现有的评价含缺陷管弯曲特性的NSC准则，将缺陷视为无限长，无从考虑缺陷长度的影响。改进的含缺陷管道抗弯准则采用了B31G的有效壁厚概念，以有效壁厚tcorr取代了NSC准则中的t，得到了包含缺陷长度的缺陷管极限弯矩新计算公式。本研究选用外径为73和114mm的两种J55管线，在外表面预制了人工缺陷，通过三点弯曲对称加载试验对修正的含缺陷管道抗弯准则进行试验检验。结果表明，缺陷长度较小（L／√Rt〈1．5）时，试验结果与NSC标准相差较大，但与改进的含缺陷管道抗弯准则接近。缺陷的长度越大（L／√Rt〉3），试验结果与NSC准则和改进的NSC准则趋于一致。在本试验范围内管线直径对测试结果的变化规律无明显影响。     

含裂纹压力容器混合变量下疲劳剩余寿命分析

对含有初始裂纹的压力容器进行剩余寿命分析是一项重要的工作。针对压力容器结构参数、材料参数、缺陷尺寸等同时含有概率参变量和非概率参变量的实际情况,提出用疲劳寿命分析的概率和非概率混合模型进行分析,得到一定置信度下裂纹扩展剩余寿命的下限值,从而对部分变量统计数据不足的问题做出偏于保守的寿命估计。结合某型舰用含裂纹锅炉联箱,进行了实例分析,得到了置信度0.9下裂纹扩展剩余寿命的下限值,验证了该方法的工程适用性。     

基于阻抗法的悬挂器试压波动抑制技术

以水击方程为基础,借鉴电路的阻抗分析方法,研究连续波动在管道中的传递特性。分析了外接管道对波动传递的影响,设计了用于滤除管道内特定频率波动的滤波器,推导出管道长度和滤波器尺寸与波动传递之间关系。通过实际应用发现,以阻抗理论为基础设计的滤波器能够很好地抑制泵压波动,提高试压过程的准确性和效率。     

冲击损伤复合材料层合板的三维有限元后屈曲分析

采用非线性有限元［１］对冲击损伤层合板的压缩剩余强度进行分析，在分析过程中，改进了求解非线性方程的圆弧长法以通过局部屈曲点的计算；采用罚函数法来处理复合材料脱层板局部屈曲问题所特有有叠层现象；最后讨论了基体裂纹、脱层厚度及铺层角度等因素对脱层屈曲和扩展的影响。     

Reliability of the aboveground site of an oil and gas pipeline at transverse-longitudinal bending

The article provides a solution to the problem of determining the probability of the nondestruction of the beam site of an oil and gas pipeline with axial compressive force when the pressure, diameter, wall thickness, span length, the coefficient of linear expansion, temperature difference, Poisson’s ratio, and ultimate strength are distributed normally. According to these data, parameters are established under which the emergency failures of oil and gas pipelines are reduced and their specification level of reliability is provided.     

基于爆破试验数据对腐蚀管道剩余强度评定方法的验证

为验证腐蚀管道的剩余强度评价方法,收集了63组腐蚀缺陷管道全尺寸爆破试验结果。基于这些全尺寸爆破试验数据,分别使用ASME B31G、DNV RP-F101及PCORRC等评定方法计算管道失效压力,并用图表定量地示出各种方法的计算误差。结果表明,ASME B31G有很强的保守性,但这种方法在预测中高强度等级管道的剩余强度时也会出现不安全的评价结论。DNV RP-F101及PCORRC两种方法的差别不大,其保守性也较小,比较适用于中高强度等级的管道的剩余强度评价。但这两种方法在应用于中、低强度等级的管道时,都会产生不安全的评价结果。PCORRC的评价结果略好于DNV-RP-F101方法。应发展中高强度等级管道的缺陷安全评定方法。     

埋地电缆对金属管道电磁干扰的耦合计算

由于路面上可用的输电走廊资源日趋减少,电能输送渠道逐渐向埋地电缆倾斜。埋地电缆与输油输气管道往往共用走廊,交流电磁场会在管道上产生纵向感应电压。该电压可能损坏金属管道,甚至威胁作业人员的生命安全。为了研究埋地电缆对金属管道电磁干扰的特点,本文建立了埋地电缆与管道耦合模型,讨论了不同因素对感应电压和纵向电流影响规律。仿真结果表明:埋地电缆对金属管道的电磁干扰随着并行间距的增加逐渐减小,最终趋于稳定;随着并行长度的增加,埋地电缆对金属管道的电磁干扰呈现缓慢增大,最终趋于稳定。