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    含缺陷油氣管道剩余疲勞壽命的預測

    2019-05-13   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港編輯部獲悉:兩種模型的幾何非線性分析結果與線彈性分析結果相比較,相差不大。這表明幾何非線性對該橋的影響可以忽略不計。出現這種情況的原因:一是拱肋剛度很大,二是活載與全橋的恒載相比較,所占比例很小。基于上述原因在活載的作用下,拱軸線的改變很小。
      
      兩種模型的失穩模態皆為面外失穩。說明該橋的面外剛度要小于其面內的剛度,這也是這種橋型的共同的特點。鋼管混凝土拱橋的跨度不斷大,其橫向聯結系也更加簡潔明快。這樣減弱了其橫橋向的剛度。
      
      在該橋的穩定性分析中沒有考慮材料的幾何非線性問題。材料的幾何非線性問題較為復雜,目前缺乏相應的商用軟件,在實際的拱橋設計中難以應用。由于沒有考慮材料的幾何非線性,計算出的穩定系數會偏大。但是根據以有的經驗,當面外失穩時,線彈性的分析結果與考慮幾何材料非線性的情況相差不大。故當采用較大的穩定安全系數(一6)時,認為是安全合理的做法。
      
      鋼管混凝土拱橋是大跨度拱橋的發展趨勢。
      
      現在國內以修建了數量眾多的該類拱橋。但是有很多問題尚未解決。如鋼管與混凝土的相互作用,目前只是簡單的把兩種材料的彈性階段的抗壓抗彎性能疊加到一起,無法考慮其有利的相互作用。這樣就沒有充分應用這種組合材料的優越性。對于這種新的橋型缺乏相應的設計施工規范,如全橋的穩定性分析等問題只能參照混凝土拱橋的規范和借鑒己經建成的該類橋型的經驗。這種實踐超前理論研究的做法如果不能短時間內得到很好的解決,必將留下難以預料的各種隱患,造成難以估量的損失。
      
      中國鋼管信息港編輯部獲悉:對所采用的含缺陷管道疲勞壽命預測方法的計算結果做了實驗驗證,結果表明,含缺陷管道的疲勞壽命數值計算結果與實物試驗結果基本吻合,采用Paris公式以及Zahoor等提出的管道表面裂紋尖端應力強度因子表達式進行油氣輸送管道的疲勞壽命計算分析是可行的。由分析和計算得知,含表面裂紋缺陷鋼管疲勞加載周期為1465次,考慮安全裕度,其剩余疲勞壽命約為20a含外表面裂紋疲勞擴展過程分為疲勞裂紋穩定擴展和疲勞裂紋快速失穩擴展兩個階段,前者的擴展周期較長,后者的擴展周期相對較短。
      
      主題詞輸油管道輸氣管道表面裂紋疲勞壽命疲勞試驗油氣輸送管的疲勞斷裂往往是由管線中的各種交變應力引起的。這些交變應力有些來自于管內輸送壓力的波動和氣體介質的分層結構,也有些來自于管線外部的變動載荷,如埋地管線上車輛引起的振動、沼澤地管線浮力的波動、沙漠管線流沙的遷移、穿越管段埋深不夠形成的懸空段在水的沖擊下產生的卡曼振動等。這些因素均會產生交變應力,使鋼管內部和表面的缺陷發生擴展,最終造成管道的疲勞斷裂。由于疲勞斷裂往往是突然發生的,沒有預先征兆,因而具有較大的危險性,尤其對于天然氣高壓長輸管線,其危害性更是顯而易見。
      
      通過理論分析計算和實物試驗相結合,筆者研究了含缺陷輸送管在承受內壓疲勞載荷下表面裂紋的擴展規律,預測了其疲勞壽命,最后通過含表面裂紋鋼管實物疲勞試驗對計算結果進行了驗證。
      
      研究方案針對油氣輸送管壁薄、口徑大的特點,采用Zahooi的用于薄壁管的K表達式,根據Paris公式對鋼管的疲勞裂紋擴展規律進行了研究,并對其疲勞裂紋擴展周期做了計算分析。Paris公式的表達式為C,n材料試驗常數。
      
      中國鋼管信息港編輯部獲悉:規格為5660爪爪8.7爪爪。鋼管母材%=540MPa;焊縫b=582MPa為了消除端部效應對試驗結果的影響,取樣管長度為7m.對于承受內壓p的管道,環向應力和軸向應力分別為由潘勇琨工程師,生于1971年,1993年畢業于西北工業大學材料科學與工程學院,2000年畢業于清華大學機械工程系,獲工學碩士學位u現從事質量安全與環境保護檢驗監督工作u地址:(100029)北京市朝陽區電話:(010)0.003m,裂紋表面長度2c =0.05m.疲勞試驗前先小載荷加載預制裂紋,隨后加大載荷進行疲勞試驗。加載應力比R=0.1,以模擬實際管線中停輸以及發生斷裂事故時管道內的輸送壓力波動。最大載荷選取鋼管母材屈服強度的72%約為7 5MPa最小載荷取0.75MPa.在此試驗條件下,全尺寸疲勞試驗系統疲勞加載頻率為150/h.油氣輸送管疲勞壽命分析Newman的研究結果表明,對于表面裂紋的疲勞擴展過程,Paris公式也是適用的。不同的是沿裂紋長度方向和深度方向分別采用裂紋演化方程進行計算。預測管道的疲勞壽命就是要計算鋼管在疲勞內壓加載下由初始裂紋《0擴展到臨界裂紋ac時的周期。采用與樣管相同材料進行小尺寸疲勞裂紋擴展試驗結果為由于實驗室試驗結果是穿透裂紋沿軸向的擴展速率,當用于表面裂紋沿深度方向的擴展時,應進行修正,修正系數為CB=Ca(0.9)=1.32,其中Ca、CB分別為表面裂紋沿深度和長度方向的擴展系數。這樣鋼管外表面半橢圓裂紋沿管徑向擴展速率方程修正為根據Zahoor等的研究結果,對于承受內壓p的壓力容器和管道,當含有軸向外表面半橢圓裂紋時,裂紋尖端應力強度因子表達式為由可得在疲勞載荷作用下裂紋尖端應力強度因子變化幅值AK表達式為計算中只考慮了停輸及管線失效(泄漏或爆裂)等情況下的壓力波動(即應力比R =0.1)對管線疲勞壽命的影響,對于管線中頻繁發生的小的壓力波動(R0. 8)則沒有考慮。此外,對于鋼管殘余應力、環境溫度以及腐蝕等各種情況的影響都沒有進行分析。因而實際管線的疲勞壽命應保留一定的裕度,取安全系數為2筆者研究的鋼管實際剩余壽命約為20a.疲勞試驗結果分析與驗證1.表面裂紋形態的疲勞擴展演化規律材料的疲勞裂紋擴展過程實際上就是在循環載荷作用下裂紋尖端塑性區累積損傷的過程,通過裂紋尖端塑性區與疲勞損傷區的相互演化和運動,使得疲勞裂紋不斷擴展直至失效。
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