外部载荷作用下管道裂纹检测技术研究
发布时间：2021-02-12 17:11
长输油气管道结构布置不合理或管道材质存在缺陷时,长输油气管道在使用过程中由于内压作用会产生局部性的应力集中现象,而在管道内压长期作用下应力集中区处会产生应力裂纹,裂纹在波动压力下会快速扩展,最后对管道运输安全造成严重的影响。因此,在管道产生宏观缺陷之前,对其进行应力疲劳损伤或微小裂纹检测来降低事故率显得至关重要。通过管道内检测仪器对管道存在的的变形、腐蚀、缺陷等进行检测分析,为管道进行安全评估提供科学依据,是国际管道行业公认的最安全有效的内检测方法。常规的无损检测方法如漏磁、磁粉、涡流、渗透、超声、射线等,在管道的缺陷监/检测、事故预防等方面发挥了重要的作用;但是,由于管道内检测技术具有非接触、高速检测（管道内检测器的运行速度为1-5m/s）、动态连续等技术要求,目前,管道漏磁内检测技术在内检测中是应用最广泛、最成熟的技术,国际上90%以上的管道内检测仪器采用的是漏磁检测技术。然而,从近年来管道事故的分析来看,管道漏磁内检测技术对微小裂纹的安全评价存在局限性,主要原因是微裂纹的尺寸较小,漏磁信号微弱,很容易被强大的激励磁场覆盖,难以识别。本课题采用弱磁法对管道裂纹进行检测。弱磁法检测裂...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应力与磁化强度对应曲线
沈阳工业大学硕士学位论文18(b)图2.4非均匀裂纹处模型弱磁信号特征：(a)轴向分量和(b)径向分量Figure2.4Thecharacteristicsofweakmagneticsignalinmodelofnon-uniformcrack：(a)axialcomponentand(b)radialcomponent.由图2.4可知，当管道存在裂纹时，由裂纹处存在应力集中，裂纹内的磁荷分布不均匀情况下，裂纹处的弱磁信号特征为裂纹处弱磁轴向分量尖端处出现极大值，在裂纹中部出现极小值。径向分量裂纹尖端出现极大值和极小值。即裂纹处弱磁信号特征较为明确，通过对该特征的识别可有效分辨出管道裂纹的存在。2.3本章小结本章首先对弱磁检测技术中涉及到的一些基本概念进行了简要的解释，然后通过能量体系理论说明了应力与磁感应强度之间的关系；并根据J-A理论建立了铁磁材料力磁耦合关系模型，并由管道裂纹处应力分布规律，进而研究了管道裂纹处力磁耦合关系模型；并在油气管道裂纹处的应力分布规律基础上，建立了管道裂纹非均匀磁荷数值模型，并通过数值求解分析了非均匀的管道裂纹弱磁信号的特征。
第3章裂纹弱磁检测仿真分析21图3.2管道裂纹应力云图Fig.3.2Pipelinecrackstressclouddiagram3.1.2管道裂纹静磁学模型本文在管道裂纹内压下应力模型的基础上，建立磁学仿真模型。磁学模型以管道裂纹处为研究区域。由于裂纹处的研究区域存在不同程度的应力集中，且不同管道内压下研究区域应力值不同，故通过公式(2.33)计算求取相应应力下的磁参数，并对裂纹区域不同位置设置不同的磁参数率，以准确模拟裂纹处复杂的力磁关系。因此，磁学模型各尺寸与图3.2的实体模型保持一致，并添加空气层，且为了模拟地磁场存在，在空气场上施加40A/m均匀磁化场以模拟地磁场，而施加的均匀磁场如图3.3所示，图3.3磁平衡空间磁场矢量图Fig.3.3Vectorillustrationofmagneticfieldinmagneticbalancedspace而地磁场环境下，管道裂纹处由于应力集中程度不同形成不同强度的磁化强度，进而仿真计算裂纹处整体弱磁信号特征，并以之反推裂纹尺寸与裂纹处弱磁信号特征的对应关系。通过ANSYS磁学仿真计算后，在均匀磁场作用下（即地磁场作用下），应力(MPa)46139233326419
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国X80管线钢和钢管研发应用进展及展望[J]. 冯耀荣,吉玲康,李为卫,刘迎来,霍春勇. 油气储运. 2020(06)
[2]基于动态免疫模糊聚类的金属焊缝缺陷等级磁记忆识别模型[J]. 邢海燕,陈玉环,李雪峰,王朝东,徐成. 仪器仪表学报. 2019(11)
[3]长输油气管道微磁应力内检测技术[J]. 刘斌,王缔,马泽宇,张贺,冯刚. 无损探伤. 2019(03)
[4]复杂天然气管网系统运行期可靠性评价体系[J]. 李明菲,薛向东,马健,郑宇恒,薛鲁宁,郑洪龙,艾慕阳,段林杰. 油气储运. 2019(07)
[5]国内外油气管道运行管理现状与智能化趋势[J]. 李柏松,王学力,徐波,孙巍,王新,赵云峰. 油气储运. 2019(03)
[6]钢结构疲劳裂纹发展对磁记忆信号变化的影响机制研究[J]. 苏三庆,何洋,王威,杨熠奕,韦璐茜,黄思考,王雅慧. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]载荷激励下预制裂纹位向与磁记忆信号的相关性[J]. 李冲冲,李国禄,董丽虹,王海斗,曹晓明,范永哲. 河北工业大学学报. 2018(04)
[8]2017年中国油气管道行业发展及展望[J]. 高鹏,高振宇,杜东,刘广仁. 国际石油经济. 2018(03)
[9]《中长期油气管网规划》意义重大[J]. 杨光. 中国能源. 2017(12)
[10]基于Jiles-Atherton理论的铁磁材料塑性变形磁化模型修正[J]. 刘清友,罗旭,朱海燕,韩一维,刘建勋. 物理学报. 2017(10)
硕士论文
[1]金属磁记忆信号传播特性研究[D]. 马泽宇.沈阳工业大学 2019
[2]基于磁记忆的金属管道损伤检测及评估方法研究[D]. 焦江娜.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于金属磁记忆的管道应力集中区域地面检测技术研究[D]. 高飞.沈阳工业大学 2015
[4]地磁场下应力磁化模型研究[D]. 赵帅.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3031188
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应力与磁化强度对应曲线
沈阳工业大学硕士学位论文18(b)图2.4非均匀裂纹处模型弱磁信号特征：(a)轴向分量和(b)径向分量Figure2.4Thecharacteristicsofweakmagneticsignalinmodelofnon-uniformcrack：(a)axialcomponentand(b)radialcomponent.由图2.4可知，当管道存在裂纹时，由裂纹处存在应力集中，裂纹内的磁荷分布不均匀情况下，裂纹处的弱磁信号特征为裂纹处弱磁轴向分量尖端处出现极大值，在裂纹中部出现极小值。径向分量裂纹尖端出现极大值和极小值。即裂纹处弱磁信号特征较为明确，通过对该特征的识别可有效分辨出管道裂纹的存在。2.3本章小结本章首先对弱磁检测技术中涉及到的一些基本概念进行了简要的解释，然后通过能量体系理论说明了应力与磁感应强度之间的关系；并根据J-A理论建立了铁磁材料力磁耦合关系模型，并由管道裂纹处应力分布规律，进而研究了管道裂纹处力磁耦合关系模型；并在油气管道裂纹处的应力分布规律基础上，建立了管道裂纹非均匀磁荷数值模型，并通过数值求解分析了非均匀的管道裂纹弱磁信号的特征。
第3章裂纹弱磁检测仿真分析21图3.2管道裂纹应力云图Fig.3.2Pipelinecrackstressclouddiagram3.1.2管道裂纹静磁学模型本文在管道裂纹内压下应力模型的基础上，建立磁学仿真模型。磁学模型以管道裂纹处为研究区域。由于裂纹处的研究区域存在不同程度的应力集中，且不同管道内压下研究区域应力值不同，故通过公式(2.33)计算求取相应应力下的磁参数，并对裂纹区域不同位置设置不同的磁参数率，以准确模拟裂纹处复杂的力磁关系。因此，磁学模型各尺寸与图3.2的实体模型保持一致，并添加空气层，且为了模拟地磁场存在，在空气场上施加40A/m均匀磁化场以模拟地磁场，而施加的均匀磁场如图3.3所示，图3.3磁平衡空间磁场矢量图Fig.3.3Vectorillustrationofmagneticfieldinmagneticbalancedspace而地磁场环境下，管道裂纹处由于应力集中程度不同形成不同强度的磁化强度，进而仿真计算裂纹处整体弱磁信号特征，并以之反推裂纹尺寸与裂纹处弱磁信号特征的对应关系。通过ANSYS磁学仿真计算后，在均匀磁场作用下（即地磁场作用下），应力(MPa)46139233326419
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国X80管线钢和钢管研发应用进展及展望[J]. 冯耀荣,吉玲康,李为卫,刘迎来,霍春勇. 油气储运. 2020(06)
[2]基于动态免疫模糊聚类的金属焊缝缺陷等级磁记忆识别模型[J]. 邢海燕,陈玉环,李雪峰,王朝东,徐成. 仪器仪表学报. 2019(11)
[3]长输油气管道微磁应力内检测技术[J]. 刘斌,王缔,马泽宇,张贺,冯刚. 无损探伤. 2019(03)
[4]复杂天然气管网系统运行期可靠性评价体系[J]. 李明菲,薛向东,马健,郑宇恒,薛鲁宁,郑洪龙,艾慕阳,段林杰. 油气储运. 2019(07)
[5]国内外油气管道运行管理现状与智能化趋势[J]. 李柏松,王学力,徐波,孙巍,王新,赵云峰. 油气储运. 2019(03)
[6]钢结构疲劳裂纹发展对磁记忆信号变化的影响机制研究[J]. 苏三庆,何洋,王威,杨熠奕,韦璐茜,黄思考,王雅慧. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]载荷激励下预制裂纹位向与磁记忆信号的相关性[J]. 李冲冲,李国禄,董丽虹,王海斗,曹晓明,范永哲. 河北工业大学学报. 2018(04)
[8]2017年中国油气管道行业发展及展望[J]. 高鹏,高振宇,杜东,刘广仁. 国际石油经济. 2018(03)
[9]《中长期油气管网规划》意义重大[J]. 杨光. 中国能源. 2017(12)
[10]基于Jiles-Atherton理论的铁磁材料塑性变形磁化模型修正[J]. 刘清友,罗旭,朱海燕,韩一维,刘建勋. 物理学报. 2017(10)
硕士论文
[1]金属磁记忆信号传播特性研究[D]. 马泽宇.沈阳工业大学 2019
[2]基于磁记忆的金属管道损伤检测及评估方法研究[D]. 焦江娜.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于金属磁记忆的管道应力集中区域地面检测技术研究[D]. 高飞.沈阳工业大学 2015
[4]地磁场下应力磁化模型研究[D]. 赵帅.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3031188
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