基于应变的管道环焊缝失效评估图评价方法改进

当管道名义应力超过材料屈服强度时,基于应变的失效评估图是评价管道内裂纹缺陷的重要手段,焊缝强度匹配是影响管道环焊缝断裂行为的重要参数,而传统的基于应变失效评估图方法未考虑焊缝强度匹配的影响。基于此,采用数值模拟方法建立了管道环焊缝外表面局部环向裂纹驱动力有限元模型,并基于BS 7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》的参考应变计算方法,探索了裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数、管材屈服强度对基于应变失效评估图评价管道环焊缝裂纹缺陷精度的影响,提出了将焊缝强度匹配纳入基于应变的失效评估图的改进方法与计算模型。改进后的基于应变失效评估图方法大大提高了其适用范围与评价精度,可为工程中开展管道环焊缝的适用性评估提供参考。(图14,表1,参24)

管道裂纹有限元分析与ECA评估研究

油气管道输送介质具有易燃、易爆特性,所面临的危害因素多,运营风险高,特别是管道出现裂纹的危害较大,在疲劳、应力腐蚀的作用下易导致管道破裂失效。本文针对某长输管道内检测中发现的裂纹,基于静裂纹的模拟方法在对含裂纹缺陷管道进行有限元模拟计算方面,具有更高的计算精度和效率,建立了静裂纹管道的有限元模型,采用运动式耦合方法与管道端面进行耦合,获得裂纹尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement,CTOD)随应变的变化关系,并使用FAD图(Failure Assessment Diagram)评估方法进行工程失效评估,最终有效评估管道的安全性,该方法的联合使用,对于含裂纹管道的安全性精准评估具有重要意义。

注汽管道承压能力评估和实物试验验证

基于失效评估图技术对某注汽管道进行了承压能力评价 ,给出了管线在不同腐蚀壁厚情况下的极限承压能力和极限裂纹尺寸。并利用实物爆破试验验证了评价方法的安全性和有效性 ,通过对爆破断口进行宏观和微观分析 ,发现管段的开裂属于脆性开裂。

大型集装箱船高强度钢甲板裂纹缺陷的安全寿命评估

文章根据船级社规范的疲劳校核应力计算方法及应力范围长期分布的基本特征,采用等效应力法将船舶受到的外载荷转换为等幅疲劳载荷。将失效评估图技术和疲劳裂纹扩展计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下集装箱船高强度钢甲板安全寿命评估方法,并考虑焊接残余应力的影响。对某大型集装箱船上甲板焊接接头焊趾处裂纹缺陷在复杂载荷作用下的疲劳寿命进行了评估,其中考虑了表面裂纹缺陷和埋藏裂纹缺陷两种情况。结果表明,初始裂纹的尺寸大小对裂纹扩展影响显著,且在相同的初始裂纹尺寸和外载荷条件下,表面疲劳裂纹对结构安全的危害性比内部的埋藏裂纹危害性更大。

西气东输管道可靠度预评估

由于钢管质量、材料性能、内压、意外载荷等因素的不确定性,实际管道总存在一定的失效概率和可靠度。介绍了利用失效评估图和蒙特-卡罗法计算管道可靠度的一种方法,并采用国外目标可靠度指标对西气东输管道的可靠度进行了预评估,结果表明:无论是否存在一定概率的漏检缺陷,西气东输管道的可靠度完全可以满足标准要求;为了提高钢管的可靠度,应在钢管制造及焊接施工过程中严格把关,以避免因人为因素造成缺陷漏检。

计及板厚腐蚀的半潜式平台疲劳裂纹扩展评估

针对半潜式平台疲劳裂纹剩余扩展寿命的计算和预测问题,本文在计及板厚腐蚀的前提下,针对半潜式平台立柱与横撑连接部位的疲劳裂纹进行扩展评估。依照规范选取合适板厚减小系数,利用指数速率模型计算板厚20 a后的腐蚀余量,输入剩余板厚尺寸进行结构整体和局部的响应分析。利用波浪散布数据与传递函数获得离散化的随机疲劳载荷,应用裂纹扩展率单一曲线模型进行裂纹扩展计算,在扩展循环中加入失效评估图FAD进行安全评估,计算得出的裂纹临界尺寸与寿命均比完整板厚下的数值小,而应用单一恒定幅值载荷加载的裂纹扩展寿命比离散化随机载荷加载的数值小。结果表明:在海洋平台结构响应分析中计入板厚腐蚀的影响,利用离散化方式处理随机疲劳载荷与应用FAD进行裂纹扩展安全评估,能提高评估过程及计算结果的合理性。

改进的平均应力准则对钛合金断裂强度的评估(英文)

结构完整性方法通常用来论证工程零件载荷传递的合理性。损伤模型对含尖缺口的钛合金断裂强度的预测取决于材料的无缺口强度以及缺口损伤区前的临界长度。损伤区的临界长度通常取决于材料、试样以及尖缺口的尺寸。平均应力准则作为一种应力断裂准则,常用来对含尖缺口的钛合金抗拉强度进行精确预测。基于不同厚度的中心裂缝钛合金的断裂数据,对平均应力准则进行改进。缺口(断裂)强度的预估值与测试结果接近,表明改进的平均应力准则可以简便地预测缺口的抗拉强度。

基于结构完整性评定方法和有限元分析并考虑焊接残余应力的焊接缺陷评估(英文)

采用欧共体提出的结构完整性评定方法(SINTAP)与有限元分析(FEA)方法,结合焊接残余应力对存在横向贯穿裂纹的ASTMA36钢板和7075-T7351铝合金板对接焊接头的缺陷进行评估。由SINTAP方法、FEA或者实验得到焊接产生的纵向残余应力曲线。该残余应力曲线与SINTAP方法中得到的梯形残余应力拟合较好。计算了3种不同情况下的裂纹长度和残余应力强度因子(SIF),并与通过有限元分析得到的结果相比较,绘制了残余应力强度因子与裂纹长度的关系曲线。利用该图可以计算包括残余应力和力学载荷的总的SIF,比较了总的SIF与损伤容限分析法得到的材料断裂韧性。绘制了焊接态的、力学载荷的和存在残余应力情况下的不同裂纹尺寸的7075-T7351铝合金板的失效评估图,以确定在某特殊裂纹尺寸和力学载荷下的安全水平。

海底管道裂纹损伤评估及软件开发

海底管道是海上油气资源集输、外输的主要手段。对于建成的海底管道,由于投产后输送介质的变化、腐蚀、渔业捕捞、过往船只拖/抛锚等活动,使管道局部产生应力集中现象,发生裂纹并导致裂纹扩展,从而带来油气停产等重大经济损失。因此对海底管道裂纹损伤强度的评估是非常重要的。介绍了通用的结构失效评估图(FAD)技术,详细阐述了规范BS7910—1999裂纹损伤强度评估二级评定方法的运用,并依据规范编写了海底管道裂纹损伤强度评估系统。采用该评估系统,可快速评价已发生裂纹是否能够继续满足强度要求。

油气管道环焊缝缺陷适用性评价现状与展望

油气管道的环焊缝质量好坏与管道能否安全运行密切相关,近年来管道环焊缝问题日益突显,因此准确评价管道环焊缝缺陷的适用性对于保障管道安全运行具有重要的意义。为了给环焊缝缺陷安全评定提供参考,系统总结了现行的环焊缝缺陷适用性评价方法并归纳为6种类型,剖析了各类方法的原理、特点及适用性,从焊接缺陷、内外部载荷及材料性能等3个方面分析了目前环焊缝缺陷适用性评价过程中遇到的瓶颈问题,并针对高钢级管道环焊缝所暴露出的新问题,提出了环焊缝缺陷适用性评价的未来展望。研究结果表明:(1)环焊缝缺陷可分为体积型缺陷和平面型缺陷两大类;(2)对于体积型缺陷,主要考虑塑性失效模式,推荐采用修正的Miller方法;(3)对平面型缺陷,应同时考虑塑性失效和断裂失效模式,推荐采用BS 7910:2015标准中基于失效评估图(FAD)的方法,并根据可用材料参数及保守性选用通用失效评估曲线(FAC)或特定FAC。结论认为,该研究成果有助于保障管道的安全运行。

高钢级套管韧性指标适用性计算方法研究(上)

利用CEGB-R6安全评价方法,基于材料真应力-应变行为建立了高钢级套管失效评估曲线,对高钢级套管材料的断裂韧性KI与常温冲击功AKV的关系进行了统计研究,根据失效评估技术获得了含缺陷套管韧性指标的适用性计算方法。通过人工预制裂纹、有限元数值模拟和内压爆破全尺寸实验,对韧性指标计算方法进行了有效验证。将所得的计算结果与APISpec5CT标准规定的韧性指标进行分类对比,指出API标准的韧性计算方法是以防止脆性启裂为设计依据的,由于仅考虑了屈服强度和套管壁厚,而对套管外径、服役中产生的缺陷几何形貌等因素缺乏考虑,因此在实际服役中存在较大的安全隐患。

高钢级套管韧性指标适用性计算方法研究(下)

利用CEGB-R6安全评价方法,基于材料真应力-应变行为建立了高钢级套管失效评估曲线,对高钢级套管材料的断裂韧性KI与常温冲击功AKV的关系进行了统计研究,根据失效评估技术获得了含缺陷套管韧性指标的适用性计算方法。通过人工预制裂纹、有限元数值模拟和内压爆破全尺寸实验,对韧性指标计算方法进行了有效验证。将所得的计算结果与API Spec 5CT标准规定的韧性指标进行分类对比,指出API标准的韧性计算方法是以防止脆性启裂为设计依据的,由于仅考虑了屈服强度和套管壁厚,而对套管外径、服役中产生的缺陷几何形貌等因素缺乏考虑,因此在实际服役中存在较大的安全隐患。

缺陷管道疲劳寿命预测新模型及试验验证

传统的韧性控制单参数疲劳寿命预测方法不适用于高韧性管线钢的疲劳寿命预测。鉴 于此,根据Paris疲劳裂纹扩展速率公式da/dN=c(ΔK)n,基于失效评估图(FAD)技术,同时 考虑疲劳裂纹扩展对裂纹尖端应力强度因子和参考应力的影响,建立了对管道疲劳寿命进行预测 的新模型,并通过自行研制的一套用于油气输送管道全尺寸实物疲劳试验系统做了验证。结果表 明:新模型计算结果为试验结果的1/2左右,从疲劳寿命预测角度是完全可接受的,具有一定的 工程安全性。

含裂纹管道剩余强度评价方法及其应用

含裂纹管道的剩余强度评价，目前国际上普遍采用失效评估图（ＦＡＤ）技术。文中介绍了失效评估图技术的基本思路和目前通用的失效评估曲线，ＣＥＧＢＲ６的选择１和ＢＳＩＰＤ６４９３的选择３。通过在役含裂纹管道全尺寸试验评价验证了失效评估图技术的可靠性。运用ＦＡＤ技术评价了佛两（佛荫一两路口）线管道剩余强度，结果表明，若能加强对天然气的脱硫、脱水，使输送天然气气质条件达到ＳＹＪ７５１４－８８标准中Ａ类ｌ级要求，并控制输送压力的平稳，管道可以在现役压力２．５ＭＰａ下安全运行。

腐蚀管道的可靠度分析方法研究

对腐蚀管道的模糊可靠度计算方法进行了深入研究,提出了确定性可靠度和模糊可靠度两个基本概念;提出了基于断裂失效判据、基于FAD失效评估图和基于剩余强度3种方法计算模糊可靠度的方法;提出了3种新的方法计算确定性可靠度,即改进的JC法、GA-JC法和改进的Monte—Carlo法.以胜利油田某试验区已加入缓蚀剂的注水管道为例,采用本文建立的计算模糊可靠度的3种计算方法和确定性可靠度的3种方法,分别计算注水管道可靠度随着时间的变化趋势.在模糊可靠度的3种计算方法中,基于剩余强度失效方法比较适中,是计算模糊可靠度较好的方法;在确定性可靠度的3种计算方法中,改进的Monte.Carlo法较好.

硝胺和复合固体推进剂断裂韧性的试验测定

为了研究硝胺推进剂(挤压成型和浇注成型)和复合固体推进剂的断裂韧性,文章采用非接触类型的视频引伸仪对固体推进剂CT试样进行断裂测试,测得厚度为38 mm的3种试样断裂参数K F分别为:0.7546、0.0812、0.3368 MPa·m1/2,并且建立推进剂材料的失效评估图。发现挤压成型的硝胺推进剂断裂韧性比浇注成型硝胺推进剂和复合推进剂高,CT试样预估的失效载荷与试验结果能较好地吻合。

2219-T87铝合金的中心表面裂纹拉伸试样的断裂强度(英文)

将2219-T87铝合金板材进行低温拉伸试验,用改进的固有缺陷模型分析铝合金基材和焊接接头金属表面裂纹试样的断裂强度数据,通过构成的失效评估图来确定材料的断裂参数。通过考虑材料的极限拉伸强度、铝基材及焊接接头金属的断裂强度数据,对具有不同厚度的中心表面裂纹拉伸试样进行断裂分析。由拉伸断裂板材所得到的失效评估图能够应用到由相同材料构成的任何开裂组件的失效压力估计。

具有穿透裂纹缺陷球罐的安全评定

球罐作为储存和运输的压力容器,广泛应用于化工、石油等领域,在其加工使用过程中,容易出现裂纹等缺陷,导致安全隐患。通过ANSYS软件对一出现穿透裂纹的Q370R球形储罐进行有限元分析,应用J积分理论并采用通用失效评定图方法对缺陷进行评估。该方法可为含缺陷压力容器安全评价提供参考。

管道斜接环焊缝适用性评价

斜接引起的应力集中效应致使斜接环焊缝比普通环焊缝更加危险,因此需进一步明确在役管道超标(斜接角度≥3°)斜接环焊缝的适用性。总结对比了现行斜接环焊缝(缺陷)评价标准,推荐采用SY/T 6477—2017 《含缺陷油气管道和强度评价方法》标准评价无缺陷斜接环焊缝,分别采用修正的米勒(Miller)方法和BS 7910:2019 《金属结构裂纹验收评定方法指南》标准评价含体积型缺陷和平面型缺陷斜接环焊缝,并将斜接导致的弯曲应力作为附加载荷考虑。通过有限元分析及全尺寸压力爆破试验明确了斜接与缺陷对于环焊缝失效的影响,评估了评价方法适用性及保守性。研究表明:纯内压作用下,内压导致的环向应力主导了无缺陷斜接管的失效,但随着斜接角度的增大,应力集中效应逐渐突显;压力试验数据验证了标准中斜接评价方法适用范围(斜接角度≤10°)的合理性;斜接和缺陷的存在导致钢管抵抗均匀变形能力及承压能力下降,对于含缺陷(尤其平面型缺陷)斜接,当斜接角度较小时,缺陷会成为环焊缝失效的主要致因。

含裂纹缺陷管道安全评价方法选择探讨

管道在制造、施工和运行中可能产生裂纹,是导致管道破裂失效事故的重要原因。,管道裂纹缺陷评价尚处于探索发展中,不同评价方法及标准造成结果存在差异。文章从适用范围、裂纹形状、管材壁厚与半径比、评价级别及准则等方面,对国内外3项管道裂纹缺陷评价标准进行了对比。考虑应用条件、计算可靠性、管材钢级等因素,提出了标准选择原则。开展管道裂纹缺陷评价和制定维护策略,对于保障管道安全运行、延长管道服役寿命具有重要意义。