两种全尺寸弯曲试验设备的对比分析

全尺寸弯曲试验是研究管道弯曲变形的重要实物试验方法。针对不同类型的全尺寸弯曲试验设备开展分析研究,对其加载方式、空间布局、功能特点等内容进行对比。结果表明:全尺寸弯曲试验设备一般采用双臂弯曲(两点弯曲)或四点弯曲加载方式。双臂弯曲加载对试验管影响小,但对动力油缸要求高;四点弯曲加载对油缸能力要求低,但加载时的管道变形均匀性差。按照空间布局设备可分为水平和垂直布局两类。水平布局形式结构简单造价低、但占地面积大;垂直布局设备占地面积小,但结构复杂、造价高。根据功能的不同、设备还可以分为仅能完成弯曲试验以及可完成复合加载试验两种。前者结构原理简单、造价低但功能单一;后者试验能力强,但配套机构多、造价及维护成本高。

弯曲载荷下管道环焊缝裂纹应力强度因子评价模型及试验验证

裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时,当遭遇自然灾害,管道除内压作用外,还会承受额外的弯曲载荷,由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展,导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据,拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度,是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式,对应力强度因子计算公式进行了拟合,裂纹尺寸范围为0.03<a/c<0.2,0.27<a/t<0.54,对应的最大误差为4.86%。通过全尺寸弯曲试验,验证了裂纹扩展时对应的公式临界位移精确度可达5.49%,公式临界远场应变精确度可达4.95%。

环焊缝缺陷复合材料修复结构的抗弯性能分析

为了研究复合材料修复方法对环焊缝缺陷抗弯曲载荷的修复效果,采用低氢焊条手工电弧焊(SMAW)+自保护药芯焊丝半自动焊(FCAW)焊接工艺制备了X80钢级管道(管径1016 mm,壁厚18.4 mm)环焊缝,采用电火花(EDM)加工了双台阶环焊缝根部裂纹(长度350 mm,深度9 mm),并采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARI)制备了性能优异的E级高强双向玻璃纤维织物+环氧树脂的复合材料修复结构,开展了全尺寸四点弯曲试验,对比了修复前后含缺陷环焊缝的弯曲载荷抗力。结果表明:试验所用复合材料修复结构(厚度40 mm,长度1000 mm)提升环焊缝的抗弯曲载荷能力约为管材实测屈服强度的21%,对含缺陷环焊缝的抗弯曲能力提升有限。研究结果对于指导环焊缝缺陷修复策略的制定具有借鉴意义。

Φ1422 mm管线钢管压缩应变容量的有限元分析

为了评估途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊区域大口径管线钢管的变形能力,以直径Φ1422 mm大口径普通管线钢管为研究对象,采用有限元方法建立全尺寸管道弯曲模型,研究管道在弯曲载荷作用下的屈曲变形行为,揭示管道外形和壁厚对屈曲行为的影响规律。结果表明,钢管径厚比增加引起局部区域应力集中导致屈曲,增加壁厚可显著提高临界屈曲应变。研究结果可为普通大口径管线钢管在特殊地质环境中的应用提供理论基础。