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    含缺陷油气管道剩余疲劳寿命的预测

    2019-05-13   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港编辑部获悉:两种模型的几何非线性分析结果与线弹性分析结果相比较,相差不大。这表明几何非线性对该桥的影响可以忽略不计。出现这种情况的原因:一是拱肋刚度很大,二是活载与全桥的恒载相比较,所占比例很小。基于上述原因在活载的作用下,拱轴线的改变很小。
      
      两种模型的失稳模态皆为面外失稳。说明该桥的面外刚度要小于其面内的刚度,这也是这种桥型的共同的特点。钢管混凝土拱桥的跨度不断大,其横向联结系也更加简洁明快。这样减弱了其横桥向的刚度。
      
      在该桥的稳定性分析中没有考虑材料的几何非线性问题。材料的几何非线性问题较为复杂,目前缺乏相应的商用软件,在实际的拱桥设计中难以应用。由于没有考虑材料的几何非线性,计算出的稳定系数会偏大。但是根据以有的经验,当面外失稳时,线弹性的分析结果与考虑几何材料非线性的情况相差不大。故当采用较大的稳定安全系数(一6)时,认为是安全合理的做法。
      
      钢管混凝土拱桥是大跨度拱桥的发展趋势。
      
      现在国内以修建了数量众多的该类拱桥。但是有很多问题尚未解决。如钢管与混凝土的相互作用,目前只是简单的把两种材料的弹性阶段的抗压抗弯性能叠加到一起,无法考虑其有利的相互作用。这样就没有充分应用这种组合材料的优越性。对于这种新的桥型缺乏相应的设计施工规范,如全桥的稳定性分析等问题只能参照混凝土拱桥的规范和借鉴己经建成的该类桥型的经验。这种实践超前理论研究的做法如果不能短时间内得到很好的解决,必将留下难以预料的各种隐患,造成难以估量的损失。
      
      中国钢管信息港编辑部获悉:对所采用的含缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果做了实验验证,结果表明,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与实物试验结果基本吻合,采用Paris公式以及Zahoor等提出的管道表面裂纹尖端应力强度因子表达式进行油气输送管道的疲劳寿命计算分析是可行的。由分析和计算得知,含表面裂纹缺陷钢管疲劳加载周期为1465次,考虑安全裕度,其剩余疲劳寿命约为20a含外表面裂纹疲劳扩展过程分为疲劳裂纹稳定扩展和疲劳裂纹快速失稳扩展两个阶段,前者的扩展周期较长,后者的扩展周期相对较短。
      
      主题词输油管道输气管道表面裂纹疲劳寿命疲劳试验油气输送管的疲劳断裂往往是由管线中的各种交变应力引起的。这些交变应力有些来自于管内输送压力的波动和气体介质的分层结构,也有些来自于管线外部的变动载荷,如埋地管线上车辆引起的振动、沼泽地管线浮力的波动、沙漠管线流沙的迁移、穿越管段埋深不够形成的悬空段在水的冲击下产生的卡曼振动等。这些因素均会产生交变应力,使钢管内部和表面的缺陷发生扩展,最终造成管道的疲劳断裂。由于疲劳断裂往往是突然发生的,没有预先征兆,因而具有较大的危险性,尤其对于天然气高压长输管线,其危害性更是显而易见。
      
      通过理论分析计算和实物试验相结合,笔者研究了含缺陷输送管在承受内压疲劳载荷下表面裂纹的扩展规律,预测了其疲劳寿命,最后通过含表面裂纹钢管实物疲劳试验对计算结果进行了验证。
      
      研究方案针对油气输送管壁薄、口径大的特点,采用Zahooi的用于薄壁管的K表达式,根据Paris公式对钢管的疲劳裂纹扩展规律进行了研究,并对其疲劳裂纹扩展周期做了计算分析。Paris公式的表达式为C,n材料试验常数。
      
      中国钢管信息港编辑部获悉:规格为5660爪爪8.7爪爪。钢管母材%=540MPa;焊缝b=582MPa为了消除端部效应对试验结果的影响,取样管长度为7m.对于承受内压p的管道,环向应力和轴向应力分别为由潘勇琨工程师,生于1971年,1993年毕业于西北工业大学材料科学与工程学院,2000年毕业于清华大学机械工程系,获工学硕士学位u现从事质量安全与环境保护检验监督工作u地址:(100029)北京市朝阳区电话:(010)0.003m,裂纹表面长度2c =0.05m.疲劳试验前先小载荷加载预制裂纹,随后加大载荷进行疲劳试验。加载应力比R=0.1,以模拟实际管线中停输以及发生断裂事故时管道内的输送压力波动。最大载荷选取钢管母材屈服强度的72%约为7 5MPa最小载荷取0.75MPa.在此试验条件下,全尺寸疲劳试验系统疲劳加载频率为150/h.油气输送管疲劳寿命分析Newman的研究结果表明,对于表面裂纹的疲劳扩展过程,Paris公式也是适用的。不同的是沿裂纹长度方向和深度方向分别采用裂纹演化方程进行计算。预测管道的疲劳寿命就是要计算钢管在疲劳内压加载下由初始裂纹《0扩展到临界裂纹ac时的周期。采用与样管相同材料进行小尺寸疲劳裂纹扩展试验结果为由于实验室试验结果是穿透裂纹沿轴向的扩展速率,当用于表面裂纹沿深度方向的扩展时,应进行修正,修正系数为CB=Ca(0.9)=1.32,其中Ca、CB分别为表面裂纹沿深度和长度方向的扩展系数。这样钢管外表面半椭圆裂纹沿管径向扩展速率方程修正为根据Zahoor等的研究结果,对于承受内压p的压力容器和管道,当含有轴向外表面半椭圆裂纹时,裂纹尖端应力强度因子表达式为由可得在疲劳载荷作用下裂纹尖端应力强度因子变化幅值AK表达式为计算中只考虑了停输及管线失效(泄漏或爆裂)等情况下的压力波动(即应力比R =0.1)对管线疲劳寿命的影响,对于管线中频繁发生的小的压力波动(R0. 8)则没有考虑。此外,对于钢管残余应力、环境温度以及腐蚀等各种情况的影响都没有进行分析。因而实际管线的疲劳寿命应保留一定的裕度,取安全系数为2笔者研究的钢管实际剩余寿命约为20a.疲劳试验结果分析与验证1.表面裂纹形态的疲劳扩展演化规律材料的疲劳裂纹扩展过程实际上就是在循环载荷作用下裂纹尖端塑性区累积损伤的过程,通过裂纹尖端塑性区与疲劳损伤区的相互演化和运动,使得疲劳裂纹不断扩展直至失效。
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