管道非对称双腐蚀缺陷相互作用极限间距

管道长期运行过程中会产生形态不一的腐蚀缺陷,相邻腐蚀缺陷间存在相互作用,从而影响管道的失效压力。然而,针对非对称腐蚀缺陷管道的相互作用极限间距尚还没有系统的研究。有鉴于此,采用有限元方法对含非对称双腐蚀缺陷管道相互作用极限间距进行研究。首先,验证了Benjamin爆破试验中多腐蚀缺陷有限元建模的可靠性。在此基础上,对轴向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究,同时对环向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究。研究结果表明:对于含非对称腐蚀缺陷的管道,本文得出的非对称腐蚀缺陷的相互作用极限间距在评价非对称腐蚀缺陷时要更加准确。

冻胀对含缺陷管道应力的影响研究

为保障冻土区埋地管线在寒季的安全运营,针对中俄漠加段含腐蚀缺陷埋地管线寒季的冻胀灾害工况,采用ABAQUS建立冻土区三维热固耦合有限元模型,研究了冻胀区长度、缺陷深度、缺陷宽度及缺陷位置等对埋地管道内外壁双层面轴向应力的影响。研究结果表明:当土壤发生冻胀时,管道内、外壁面沿轴向会出现3个高风险失效区,外壁面风险失效区位于距冻胀区0~10 m的非冻胀区和缺陷区域,内壁面风险失效区位于距冻胀区0~5 m的非冻胀区和缺陷区域,内外壁沿轴向Von Mises应力对寒季地表温度敏感性极高,最高可达43%,因此寒季应根据冻胀区长度对高风险失效区管道进行适当补强;当且仅当缺陷位于冻胀区域中轴线时,冻胀将加大腐蚀缺陷处管道失效的可能性;缺陷域内管道内外壁最大Von Mises应力对缺陷深度最敏感,最高可达58%,对冻胀土壤长度、缺陷宽度和寒季温度较敏感,绝对值均达10%以上;各种因素与寒季气温变化多呈非线性关系且二者互相促进加速管道失效。研究结果可为寒季冻土区输油管道的完整性评价及维护检测等提供依据,具有一定的理论指导意义和工程实用价值。

多缺陷相互作用及对油气管道强度影响研究

采用有限元数值计算方法,对单个均匀腐蚀管道进行模拟评价,得出管道的剩余强度,进而与标准的API579准则评价结果进行对比分析,结果表明有限元计算结果与API579准则评价结果接近,验证了有限元模型的正确。对含有不同轴向间距和不同缺陷长度的两个腐蚀缺陷的管道进行计算和分析,研究发现腐蚀缺陷的长度和轴向间距并不是单独作用的参数,在计算腐蚀干涉极限影响距离时应考虑其相互影响。通过ABAQUS有限元软件计算分析,拟合得到腐蚀缺陷在不同长度下的极限距离影响公式。该公式综合考虑了两腐蚀缺陷的长度和腐蚀轴向间距的影响,可以用于快速判断两腐蚀缺陷之间是否发生相互干涉作用。

相互作用腐蚀管道剩余强度评价方法对比研究

目的分析现有腐蚀评价规范对相互影响腐蚀管道剩余强度计算的适应性,筛选合适的相互影响腐蚀管道剩余强度评价规范。方法介绍了ASME B31G—91、修正的B31G、ASME B31G—2009/2012、RSTRENG方法、DNV-RP-F101方法以及PCORRC方法等七种相邻腐蚀相互作用认定准则以及相互作用腐蚀评价方法,应用实验数据分析了各评价方法的适应性。结果 ASME B31G—91、修正的B31G、ASME B31G—2009/2012、RSTRENG方法大多以临界轴向间距为依据,超过临界轴向间距时,相邻腐蚀不发生相互影响,但未给出相邻腐蚀相互影响的评价思路或影响方式。DNV RP-F101标准明确提出了相邻腐蚀相互影响准则,并给出了相互影响腐蚀评价思路。PCORRC方法未明确给出相互影响腐蚀评价思路。结论上述七种腐蚀评价规范均以单腐蚀管道为研究基础,更适合评价单腐蚀缺陷管道,评价相互作用腐蚀缺陷过于保守,并且相邻腐蚀缺陷相互作用准则过于简单,未完全反映相邻腐蚀缺陷相互作用机理。相比而言,DNV-RP-F101方法较其他评价方法的计算结果更准确,保守性更低。

轴向应力对腐蚀缺陷管道极限内压的影响

为研究轴向应力对腐蚀缺陷管道极限内压的影响,采取非线性有限元分析法,建立轴向应力和内压作用下的管道三维有限元模型,利用文献中的爆破试验数据验证模型后,分析不同腐蚀缺陷参数、材料参数在轴向压应力和轴向拉应力作用下对应的管道极限内压变化情况,提出轴向应力作用下的腐蚀缺陷管道极限内压预测公式。结果表明:轴向压应力会造成缺陷管道极限内压降低,极限内压受轴向应力影响程度不同,缺陷几何尺寸越小,轴向应力对管道极限内压的作用效果越明显;轴向拉应力会造成管道极限内压略微升高,且轴向应力越大,作用效果越明显;不同腐蚀缺陷几何尺寸的管道屈服强度越高,轴向应力作用效果越不明显;所建立的极限内压预测公式,预测精度较好,可用于腐蚀缺陷管道极限内压的计算。

锈蚀后网架结构残余力学性能研究

利用钢结构设计软件3D3S对均匀锈蚀的正放四角锥网架的受力性能进行研究分析;应用有限元分析软件ABAQUS对均匀锈蚀和非均匀锈蚀2种情况下的正放四角锥网架的受力性能和稳定性能进行分析,研究不同初始缺陷对网架的极限承载力和变形的影响。研究结果表明:随着锈蚀程度的增加,网架最大应力大致呈二次曲线增长,最大位移呈线性增长,稳定承载力显著降低,初始缺陷对网架极限承载力的影响较小,可忽略不计;下弦杆的锈蚀对网架极限承载力影响最大,上弦杆锈蚀的影响次之,腹杆锈蚀的影响最小。

局部腐蚀钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

该文共设计和制作了18根圆钢管混凝土短柱,通过机械加工结合通电加速腐蚀的方法模拟局部腐蚀缺陷,开展了局部腐蚀缺陷深度、缺陷大小及缺陷位置对钢管混凝土柱轴压性能影响的试验研究。试验结果表明:在该文设计的腐蚀参数范围内,当腐蚀深度比超过45%时,CFST柱的承载力随腐蚀深度的加深急剧下降,腐蚀缺陷深度对CFST柱的承载力影响显著;当腐蚀深度比小于45%时,局部缺陷的环向和轴向尺寸变化对CFST柱承载力影响不大;局部腐蚀越接近柱中,试件的轴压承载力越低。基于试验结果和理论分析,提出了局部腐蚀缺陷钢管混凝土柱的轴压承载力计算模型。通过与收集的100根无缺陷和局部缺陷钢管混凝土柱试验结果对比,验证了所提模型具有较好的计算精度。

不同尺寸双腐蚀缺陷管道剩余强度研究

利用非线性有限元分析方法,对含有不同尺寸的双腐蚀缺陷管道剩余强度进行分析,与实验结果进行对比,验证了非线性有限元法的可靠性。在此基础上,分别研究了轴向间距对不同长度、不同深度双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响,计算结果表明:当双腐蚀缺陷轴向间距很小时,不同长度双腐蚀缺陷之间存在完全相互作用,而不同深度双腐蚀缺陷之间不存在完全相互作用;随着双腐蚀缺陷轴向间距系数的增加,不同长度和深度双腐蚀缺陷管道失效压力均呈现明显的对数函数变化形式;当双腐蚀轴向间距系数大于2.5 l_s后,不同长度和深度双腐蚀相互作用现象均消失。

CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验,包括:T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明:在试验参数范围内,相对于T4.5-CFST试件,C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%;相对于C-CCFST试件,CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件,由于外部CFRP的约束作用,CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力,极限承载力均高于T4.5-CFST试件,表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外,进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究,并采用试验结果验证其准确性。

交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度分析计算

利用非线性有限元分析方法,对含有交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度进行了分析,并与实验数据对比,验证了此分析方法的可靠性。在此基础上,分别保持交叉双腐蚀缺陷轴向间距、环向间距不变,研究了环向间距、轴向间距对交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响,计算结果表明,1环向间距不变时,交叉双腐蚀缺陷很难达到完全交互作用。2随着轴向间距由负到正的增加,交叉双腐蚀缺陷交互作用先增强后减弱,交互作用的转折点位置是轴向间距为0。3当交叉双腐蚀在轴向没有完全重合时,环向间距对交叉双腐蚀缺陷交互作用有重要影响。4随着交叉双腐蚀缺陷轴向间距的增加,管道失效压力变化趋势呈现明显的对数函数变化。5多组腐蚀缺陷管道失效压力可以参考交叉双腐蚀缺陷交互作用准则和管道失效压力计算方法。

X80管道双腐蚀缺陷间相互作用规律研究

为了对腐蚀管道进行准确的安全评价,本文针对X80管道相邻双腐蚀缺陷间的相互作用规律进行了研究。借鉴现有X80管道爆破实验的数据,对数值计算中的单元划分、边界条件设置等进行验证。采用ANSYSWORKBENCH软件对X80管道在腐蚀缺陷下的应力应变状态进行了分析。数值分析结果显示:轴向间距一定时,腐蚀深度越大,轴向相邻双腐蚀间相互作用越明显;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离在3(Dt)1/2以内或环向处于0.07pD以内时,需要考虑两个腐蚀缺陷的相互影响;当两个相邻腐蚀缺陷轴向距离大于3(Dt)1/2或环向间距大于0.07pD时,不需要考虑腐蚀间的相互作用。

含有不同间距凹坑缺陷的发酵罐应力分析与计算

对含有不同间距凹坑缺陷的发酵罐进行应力计算与分析,得到轴向排列的多凹坑区域应力值分布情况和应力集中系数与相邻凹坑间距L和凹坑数量的关系。经过分析可知,当相邻凹坑间距与X方向宽度比值上L/X<3时,其应力值随着凹坑间距的增加而减小,当L/X≥3时,相邻凹坑之间间距对应力分布几乎无影响。应力集中系数随着两凹坑中心距离增加而减小,当L/X<3时,应力集中系数的变化幅度较大,当L/X≥3时其变化趋于恒定。最大应力值和应力集中系数与凹坑缺陷的数量成正比,而与相邻的凹坑间距成反比。

静载下Y/YY型管节点构件的AE特征信号分析

针对导管架式海洋平台中Y/YY型管节点在海洋环境中由于腐蚀缺陷造成承载力降低的问题,对含腐蚀缺陷和用碳纤维复合材料(CFRP)加固后含腐蚀缺陷的两种类型Y/YY型管节点进行了静载轴压试验,并使用声发射技术采集了压缩过程中的声发射特征参数。通过比较声发射的振铃计数、能量计数等参数,并结合构件的载荷-位移曲线对构件的承载能力进行了研究。结果表明,声发射振铃计数、累积能量计数与材料的应力-应变曲线的变化规律趋势相同,能够较好地反映材料在载荷作用下的变形规律。管节点构件在静载中的声发射振铃计数和能量计数的变化趋势能够体现构件在载荷作用下的变形和损伤程度。经CFRP加固的构件在静载下突发型信号降低,表明管节点构件的变形较小,相应的承载力提高。

相互影响双腐蚀缺陷管道的剩余强度

针对现有的腐蚀规范对相互影响双腐蚀缺陷管道剩余强度的评价结果过于保守的问题,利用非线性有限元分析方法,分析了含有相互影响双腐蚀缺陷管道的剩余强度,研究了双腐蚀环向间距、轴向间距对分别具有相同长度、深度的相互影响双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响。研究结果表明:双腐蚀缺陷的环向间距对其相互作用影响不大,工程上可以忽略;当双腐蚀缺陷的轴向间距超过一定数值时,双腐蚀缺陷的相互作用消失;在一定的轴向间距范围内,双腐蚀缺陷相互作用随其轴向间距的变化呈对数关系变化。研究结果证实了采用基于塑性失效准则的三维非线性有限元法研究双轴向缺陷腐蚀管道的剩余强度问题是准确、可靠的。