某输油管道凹陷适用性评价及修复建议

某输油管道智能测径发现4处深度大于6%管径的凹陷。通过记录凹陷回弹前后深度差异,发现回弹后深度平均是回弹前的69.1%。根据不同标准对4处凹陷进行了基于深度和基于应变的评价,发现2处凹陷需要修复。但剖析国外某管道凹陷泄漏案例后,发现即使符合标准要求无需修复的浅凹陷,也可能因为形状特殊形成较大应力集中,从而发生疲劳失效。因此又对凹陷修复方法进行了分析,发现现有标准缺乏凹陷损失强度的计算方法,因此无法准确设计复合材料或环氧套筒修复的厚度和宽度。建议4处凹陷采取3处加装B型套筒和1处换管的修复措施。

输气管道高强度试压方法及其在X80管道上的实践

根据管道屈服强度的样本统计数据,利用概率方法,结合管道埋地时的双轴应力状态,并根据试压段高差,确定管道可接受的最高强度试压压力。基于管道弹性变形,提出考虑空气含量和水压缩性的压力-容积曲线理论表达式。在工程实践中,采用压力-容积曲线实时监控试压进程,应用霍尔元件记录泵冲程数确定管道进水量,以此获得实际压力-容积曲线。在伊宁—霍尔果斯管道工程中,根据该方法确定管道试压强度为试压段高点不低于96%SMYS,实际监测所得的压力-容积曲线与理论曲线吻合较好,管道未发生泄漏。

韧性金属材料渐进断裂的有限元算法研究

为解决裂纹稳态扩展的有限元数值仿真,舍弃应力强度因子和J积分理论,考虑韧性金属的弹塑性效应和几何非线性效应,采用基于损伤理论的EWK模型作为断裂判据.有限元计算时将断裂判据以子程序形式嵌入ABAQUS主程序并保持两者之间的实时通信.当材料符合子程序判据时,主程序中以单元弹性模量置"零"来模拟其断裂.求解时使用一种适合控制结构局部失稳的Newton法,并以带椭圆中心孔金属薄板的拉伸断裂为算例.计算结果显示,上述方法实现的断裂效果符合实际物理现象,断裂路径符合一般实验结果.

屈服准则及切线模量修正的弹塑性计算模型

为提高不同应力状态下金属弹塑性行为的模拟精度,采用含应力三轴度修正的von Mises屈服准则,材料弹塑性本构关系在等效应力-等效应变曲线基础上,提出一个切线模量为主应力函数的理论修正项.将这两个修正项结合,以子程序形式编程嵌入ABAQUS主程序,以此模拟几种不同形状试样的弹塑性行为,并将其他屈服准则在单一曲线假设下编程与之对比.模拟结果与真实试验结果对比发现,对于屈服而言,含应力三轴度修正的von Mises屈服准则比其他屈服理论准确;对于弹塑性阶段计算而言,提出的切线模量为主应力函数这一假设比单一曲线假设更加接近真实试验.

副翼六杆机构优化设计研究

研究带约束六杆机构的优化设计问题,针对其在机翼中的特殊构造,提出解析求解该机构的一种新算法。以该算法求解输出和期望输出构成最小二乘为目标函数,以六杆机构3个可动铰点坐标值为设计变量,建立满足其在飞机副翼操纵系统中约束的优化模型。利用复合形法求解该模型,并通过典型算例的验证,表明优化模型的合理与该新算法的可靠、高效。

薄板搅拌摩擦焊焊缝区应力集中的有限元分析

为研究经过搅拌摩擦焊处理的薄板在飞机上受拉应力时焊缝区的应力集中状况,建立飞机大型铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝区平齐、上凸、下凹三种典型几何形状的有限元模型。在有限元前处理中使模型右端面受拉,左端面设置对称约束条件以消除应力集中影响,使得模拟得到最大精度的数值结果。结果表明,在焊缝区假设为各向同性前提下,其形状决定应力集中程度。当焊缝区为平齐时,没有出现应力集中;当焊缝为上凸或下凹时,拉应力引起的偏心弯矩将影响焊缝区应力水平分布,特别是模型下凹时应力集中明显,且使薄板受力端产生显著挠度。

磁浮列车底盘梁的有限元优化减重设计

为在已有型号基础上获得更轻型有效的底盘梁结构而保持相对稳定的动力特性,首先利用ANSYS软件建立磁浮列车车体结构的有限元模型,利用BlockLanczosMethod进行模态求解并得到结构一阶弹性固有频率。然后以结构一阶弹性固有频率值为约束函数,以车厢底盘梁8个截面上17个主要厚度参数为设计变量,以底盘梁总体积为目标函数,建立磁浮列车底盘梁减重优化的数学模型并进行计算。结果表明,磁浮列车一阶弹性固有模态为前后扭转的振型,在满足模态频率值不小于8.0Hz的设计要求下,底盘梁减重20%的设计目标可以达到。说明以一阶弹性固有模态频率值为约束函数的优化方案可行且效果良好。

某型磁浮列车两种加固方案的有限元频率分析

为提高磁浮列车一阶弹性固有频率值,基于ANSYS9.0,先建立磁浮列车车体结构的有限元模型并计算其一阶弹性固有频率值,然后根据车体结构形状提出梁加固和板加固两种方案,并进行数值计算与比较。有限元计算结果表明,该车一阶弹性固有模态为车头车尾前后受扭的振型,两种加固方案均未改变结构该模态的本质特性。板加固方案增加了结构闭剖面面积使得抗扭性能提高,在效果上优于梁加固方案。

输气管道试压技术的发展现状

输气管道试压是对管道施工质量、管材性能及管道整体质量的一次综合检验,也是投产前对管道系统能否在设计压力下安全运行的最后一次检验。因此,基于管道试压在管道工程建设和运行中的重要意义,从试压介质、试压管段划分和强度试验压力等方面对试压工作进行了论述,并介绍了国内外输气管道试压标准在以上方面的相关规定,分析了不同标准之间的差异,通过对比指出了目前国内管道试压水平与国外的差距及今后的发展方向。

B型套筒角焊缝缺陷相控阵超声检测定量方法

B型套筒修复作为油气管道修复的主要方式之一,在其修复的焊接过程中,该结构的环形角焊缝内部常常出现以气孔、夹渣为代表的孔型缺陷。这类缺陷由于角焊缝特殊的结构,在利用相控阵超声无损检测技术对其检测时,难以对其进行定量分析。通过数值模拟和实验,发现通过相控阵超声扇扫得到缺陷回波信号峰值与孔型缺陷直径呈正相关,为孔型缺陷的定量分析提供了一种可靠的手段。

某管线L415MB螺旋埋弧焊钢管屈曲失效分析

屈曲失效是长输油气管道的重要失效形式之一,本文研究了甘肃地区某天然气管线发生的局部屈曲失效,对其宏观形貌、几何尺寸和理化性能进行了检测分析。通过勘查和分析失效管段所处地形地貌,推测了可能造成该管线发生屈曲失效的载荷类型。采用有限元分析软件分别对管道承受平行于管轴方向和垂直于管轴方向载荷作用下的管段应力分布和变形进行了模拟和对比分析。结果表明:屈曲失效管段的理化性能符合相关标准要求,平行于管轴方向的压缩载荷是造成该管段发生局部屈曲失效的主要原因。另外,该管段屈曲褶皱区域在轴向压缩力作用下发生了局部壁厚变化和局部变形开裂。

在役半自动焊X80天然气管道环焊缝理化性能试验分析

统计近年来发生的环焊缝泄漏失效事故,大多出现在采用半自动焊接的高钢级管道上,推测采用半自动焊接技术的环焊缝力学性能不佳。为验证这一推测,从采用半自动焊接的X80级在役天然气管道上取试样,进行抗拉性能、冲击性能、弯曲试验、刻槽锤断、硬度5种理化性能试验分析。结果表明,环焊缝中心冲击试验结果不佳,单个试验冲击功数值较为离散,在10组(30个)试样中,有6个试样试验结果不满足技术条件要求(≥60J),不合格率为20%;2组试样平均值不满足技术条件要求(≥80J),其余4项试验结果均满足标准要求。通过大量试验验证,采用半自动焊接的在役X80管道环焊缝力学性能不佳,具体表现为环焊缝韧性差,现有半自动焊接工艺需要优化,以提高环焊缝冲击韧性。

一个高周疲劳损伤演化修正模型

将连续损伤力学应用到疲劳问题中,得到合理的疲劳损伤演化方程,被认为是预测疲劳寿命最有效的方法之一.在研究Lemaitre最新疲劳损伤演化方程基础上,根据试验数据提出了一个修正的高周疲劳损伤演化方程,该方程可以考虑应力幅、平均应力等影响因素.以2A12-T4铝合金为例,得到了修正模型的材料常数.将该修正模型以UMAT子程序形式嵌入ABAQUS主程序,计算了两种构件14种不同受载情况下的疲劳寿命,所得计算寿命与试验结果误差均值约15%,说明修正的疲劳损伤演化方程可以很好地计算金属构件的高周疲劳寿命.

基于深度去噪自动编码器的无人机航空影像目标检测

利用无人机航拍获取目标场景影像信息的方式,具有可低空作业、覆盖面积广、机动性强、效率高、不受地势环境阻碍等优点,广泛应用于军民用领域,军事领域包括威胁目标空中监视、目标搜索、目标打击,民用领域包括交通监测、灾难营救、管线巡检、区域勘测、边境巡逻等方面。无人机航空影像目标检测过程中,针对待识别目标具有多个角度、成像像素尺寸小、机体震动干扰强等困难,提出一种基于深度去噪自动编码器的目标检测模型。该模型通过进行选择性搜索,提取航空影像感兴趣区域,计算感兴趣区域的径向梯度特征,得到旋转不变特征向量,利用深度去噪自动编码器滤掉原始数据中的噪声,并提取特征向量的深层特征。在国际无人机低空航空影像标准数据集UAV123以及德国宇航院的慕尼黑无人机航空影像集DLR 3K上开展了识别实验,结果表明,针对航空影像目标包括地面车辆、行人、海面船只等,所提方法能够达到90%以上的识别精度,在精准率、召回率、F1调和值等指标上领先于现有方法。

金属延性断裂准则精度的评价

为考察实际使用中10种断裂准则的精度,以2A12-T4铝合金为材料,进行5种不同应力状态的拉伸断裂试验,并在ABAQUS中计算其相应的有限元模型。当试验值与有限元结果足够接近时,提取有限元计算结果以研究各种准则的表现。结果显示,对于应力状态简单的试验,大多数准则均表现较好;对于应力状态稍复杂的试验,多参数断裂准则总体上优于单参数准则,其中以Norris准则、Wilkins准则表现最为优异。

X90超高强度输气钢管材料本构关系及断裂准则

针对试制成功的X90输气钢管,进行5种不同圆棒缺口的准静态拉伸试验及应力三轴度计算,发现由于试样缺口存在,应力三轴度值增加2.43倍,断裂应变减少29%,损伤应变能降低71%。利用常规拉伸试验机和Hopkinson拉杆试验装置进行不同应变速率拉伸试验发现,应变速率对断裂应变的影响相对较小,准静态和高速状态下,差异最大约10%。基于Johnson-Cook本构和失效模型,分别建立了考虑应变率效应的X90管线钢本构模型和考虑应变率、应力三轴度的失效模型;同时,基于损伤力学理论,得到了基于塑性均匀延伸率和损伤应变能的X90管线钢断裂准则。基于材料损伤应变能密度临界值不变假设以及试验数据,得到了X90管线钢断裂特征长度与应力三轴度、试样直径之间的关系式。

平面状态下EWK延性断裂准则与K准则对比研究

为研究EWK延性断裂准则对金属起裂及扩展的预测能力,将EWK断裂算法嵌入ABAQUS主程序。针对金属I型裂纹,在平面应变条件下,通过试验与有限元计算相互对比的方法,研究了该准则与应力强度因子K准则对紧凑拉伸CT试样起裂的预测结果,发现两者有近似等效性。在平面应力条件下,以紧凑拉伸CS试样为模型,通过有限元计算,提取由EWK控制断裂的结构KR-曲线,将该曲线与试验资料对比,发现两者吻合良好。

油气管道环焊缝失效案例与全尺寸试验分析

介绍了18起环焊缝失效案例,发现环焊缝泄漏多发生在试压和运行初期,主要由焊接缺陷引起。断裂可发生在任何阶段,未发现起裂源与焊缝缺陷有关,主要由附加载荷造成。对环焊缝失效进行全尺寸试验模拟,6起高钢级含缺陷环焊缝内压试验表明,4起试验失效位置位于母材,2起位于环焊缝,其中环焊缝失效以泄漏形式发生。1起内压加弯曲试验表明,失效发生在环焊缝,且以断裂形式发生。油气管道在以内压为主的正常工况下,环焊缝缺陷失效以危害性较小的泄漏形式发生,不会发生断裂等灾难性事故,外部载荷治理是防止灾难性事故发生的最主要措施。

含裂纹型缺陷油气管道剩余强度评价标准对比分析研究

从适用范围、限制条件、基本评价准则、关键参数取值等方面对比分析了国内常用4项油气管道裂纹型缺陷剩余强度评价标准。结果发现:4项标准均采用了失效评估图技术(FAD)。API579-1-2007考虑的因素最为全面,对裂纹形状、载荷形式、管道几何尺寸要求最少,是评价的首选。BS7910-2013与API579-1-2007类似,但载荷形式既有内压又有外部载荷时,只适用于厚壁管的评价。SY/T 6477-2014技术上也与API579-1-2007类似,但针对X80管道,有单独更为保守的失效评价曲线。GB/T19624-2004主要用于压力容器,油气管道可参考使用。建议的标准选择次序为:API579-1-2007、BS7910-2013、SY/T 6477-2014以及GB/T 19624-2004。

X80管线钢环焊缝力学性能及缺陷成因分析

对5道在役X80天然气管道切割更换的环焊缝进行力学性能试验和缺陷解剖分析,结果发现,规定温度下夏比冲击吸收功不合格概率31.4%,抗拉强度全部合格,未去余高情况下断于焊缝的概率55%,HV10硬度值全部合格,但环焊缝区域低于管体母材。解剖发现,5处缺陷有3处位于6点钟部位,该部位焊接层数道数严重不符合工艺要求,未严格执行焊接工艺是引起环焊缝缺陷的主要原因。缺陷尺寸解剖前后对比发现,缺陷高度检测误差均值达到40.5%,现有在役环焊缝无损检测技术对真实缺陷自身高度的检测准确度有待提高。