含腐蚀缺陷的管道静力性能试验测试研究
发布时间：2021-07-30 13:06
为研究腐蚀缺陷对管道承载力的影响,本文分别进行了含腐蚀缺陷管道在轴压载荷、弯曲载荷以及轴压和弯曲复合载荷作用下的静力失效过程测试。通过不同载荷作用下管道的荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线来分析管道的失效模式和失效机理;通过有限元分析结果与试验测试结果验证其准确性。结果表明:腐蚀缺陷使管道在三种不同荷载作用下的极限承载力均有所下降;针对文中所研究的管道及其腐蚀缺陷,在轴压载荷作用下管道承载力下降了18.4%,在弯曲载荷作用下管道承载力下降了20.96%,在轴压和弯曲复合载荷作用下管道承载力下降了13.3%;管道中腐蚀缺陷位置的管壁厚度减小,该位置应变发展迅速,首先进入塑性屈服状态,最终导致该腐蚀位置发生弹塑性屈曲失效。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
试件SJ1-1的最终失效图Fig.4FinalfailurediagramofSJ1-1
)SJ1-1含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ1-2弯曲(bending)无缺陷(defect-free)SJ2-1含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ2-2轴压和弯曲(axial无缺陷(defect-free)SJ3-1compressionandbending)含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ3-2表2试件几何尺寸Tab.2Geometryofspecimens试件(specimen)D0/mmt/mmL/mmSJ1-1325141000SJ1-2325141000SJ2-1325142500SJ2-2325142500SJ3-1219142000SJ3-2219142000(a)SJ1-1(c)SJ3-1(b)SJ2-1图1试件几何尺寸图(单位：mm)Fig.1Geometryofthespecimen(unit：mm)图1为三组试件的几何尺寸图。对于轴压试件，考虑到加载时在试件端部容易造成应力集中现象，所以在试件两端焊接两块挡板。试件与挡板通过坡口熔透焊缝连接形成整体。对于弯曲试件，除了两端的挡板外，由于管道弯曲试验采用了四点弯曲测试方案，需要在管道跨中对称位置施加两个相同的竖向荷载，因此在距离管道端部550mm的地方焊接了两个支撑板。支撑板中间打孔，管道试件穿过支撑板，在支撑板和管道连接部位，采用角焊缝将二者连接起来。对于轴压和弯曲联合作用的试件，除了两端的挡板外，考虑到所施加的轴压和弯曲载
达到试件同时承受轴压和弯曲作用的效果。对于三组试件中的腐蚀缺陷，其腐蚀缺陷的加工方式为机床切割。首先在试件上确定出缺陷的位置，然后在机床上进行切割。切割完成后对缺陷部位进行打磨去毛刺等操作，以保证其加工精度。该缺陷为等深度矩形缺陷，其轴向方向位于管道的跨中位置；四点弯曲管道的腐蚀缺陷的环向位于管道的最顶端，此处腐蚀缺陷对管道承载力的影响最大；环向位置对轴压管道的承载力没有影响，所以轴压管道的环向位置为任意选定。缺陷的长度为150mm，深度为7mm，周向的腐蚀角度为90°。图2为腐蚀缺陷示意图。图2腐蚀缺陷示意图Fig.2Schematicdiagramofthecorrosiondefect2.2管道试件材料力学特性所用试验测试管道为在役海底管道。通过对标准拉伸试件进行拉拔试验得到管道的材料特性，如表3所示。表3材料特性Tab.3Materialproperties管道规格(pipespecification)弹性模量(modulusofelasticity)E/GPa屈服强度(yieldstrength)σy/MPa极限抗拉强度(ultimatetensilestrength)σp/MPa泊松比(Poisson’sratio)νФ219mm×14mm2063485300.3Ф325mm×14mm2003484960.32.3加载装置及测试方案海底管道三组静力测试试验均在四立柱压力试验机上进行，图3为四立柱压力试验机。对于轴压静力试验，试件下端放置于试验机台座上，上端与试验机加载板接触，试验通过液压加载方式对试件施加轴压载荷。对于弯曲静力试验，试件两端放置于试验机上的支座上，考虑到试验采用四点弯曲加载方案和试验机装置，特设计一块加载板放置于弯曲试件的两个支撑板上。试验机在加载板中间施加轴压载荷，轴压载荷通过加载板传递到两个支撑板上，从而实现管道承受四点?
【参考文献】：
期刊论文
[1]腐蚀管道在内压和轴向压力影响下的弯曲破坏[J]. 高杰,李昕,周晶. 海洋工程. 2016(06)
[2]管线钢管局部屈曲应变分析与计算[J]. 吉玲康,李鹤林,陈宏远,赵文轸. 应用力学学报. 2012(06)
[3]含有腐蚀缺陷海底管道极限载荷分析[J]. 谭开忍,肖熙. 海洋工程. 2006(03)
[4]海底输油管道腐蚀剩余寿命评估[J]. 刘立名,余建星,王磊. 中国海上油气.工程. 2002(03)
[5]腐蚀管线剩余强度的非线性分析[J]. 蔡文军,陈国明,潘东民. 石油大学学报(自然科学版). 1999(01)
博士论文
[1]海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D]. 陈严飞.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]油气管道腐蚀后剩余强度的评价研究[D]. 高建华.东北石油大学 2013
[2]薄壁圆钢管轴压短柱力学性能研究[D]. 安士龙.哈尔滨工业大学 2013
[3]腐蚀管道在复杂荷载作用下的数值仿真研究[D]. 杨颖.大连理工大学 2010
本文编号：3311458
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
试件SJ1-1的最终失效图Fig.4FinalfailurediagramofSJ1-1
)SJ1-1含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ1-2弯曲(bending)无缺陷(defect-free)SJ2-1含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ2-2轴压和弯曲(axial无缺陷(defect-free)SJ3-1compressionandbending)含腐蚀缺陷(corrosiondefect)SJ3-2表2试件几何尺寸Tab.2Geometryofspecimens试件(specimen)D0/mmt/mmL/mmSJ1-1325141000SJ1-2325141000SJ2-1325142500SJ2-2325142500SJ3-1219142000SJ3-2219142000(a)SJ1-1(c)SJ3-1(b)SJ2-1图1试件几何尺寸图(单位：mm)Fig.1Geometryofthespecimen(unit：mm)图1为三组试件的几何尺寸图。对于轴压试件，考虑到加载时在试件端部容易造成应力集中现象，所以在试件两端焊接两块挡板。试件与挡板通过坡口熔透焊缝连接形成整体。对于弯曲试件，除了两端的挡板外，由于管道弯曲试验采用了四点弯曲测试方案，需要在管道跨中对称位置施加两个相同的竖向荷载，因此在距离管道端部550mm的地方焊接了两个支撑板。支撑板中间打孔，管道试件穿过支撑板，在支撑板和管道连接部位，采用角焊缝将二者连接起来。对于轴压和弯曲联合作用的试件，除了两端的挡板外，考虑到所施加的轴压和弯曲载
达到试件同时承受轴压和弯曲作用的效果。对于三组试件中的腐蚀缺陷，其腐蚀缺陷的加工方式为机床切割。首先在试件上确定出缺陷的位置，然后在机床上进行切割。切割完成后对缺陷部位进行打磨去毛刺等操作，以保证其加工精度。该缺陷为等深度矩形缺陷，其轴向方向位于管道的跨中位置；四点弯曲管道的腐蚀缺陷的环向位于管道的最顶端，此处腐蚀缺陷对管道承载力的影响最大；环向位置对轴压管道的承载力没有影响，所以轴压管道的环向位置为任意选定。缺陷的长度为150mm，深度为7mm，周向的腐蚀角度为90°。图2为腐蚀缺陷示意图。图2腐蚀缺陷示意图Fig.2Schematicdiagramofthecorrosiondefect2.2管道试件材料力学特性所用试验测试管道为在役海底管道。通过对标准拉伸试件进行拉拔试验得到管道的材料特性，如表3所示。表3材料特性Tab.3Materialproperties管道规格(pipespecification)弹性模量(modulusofelasticity)E/GPa屈服强度(yieldstrength)σy/MPa极限抗拉强度(ultimatetensilestrength)σp/MPa泊松比(Poisson’sratio)νФ219mm×14mm2063485300.3Ф325mm×14mm2003484960.32.3加载装置及测试方案海底管道三组静力测试试验均在四立柱压力试验机上进行，图3为四立柱压力试验机。对于轴压静力试验，试件下端放置于试验机台座上，上端与试验机加载板接触，试验通过液压加载方式对试件施加轴压载荷。对于弯曲静力试验，试件两端放置于试验机上的支座上，考虑到试验采用四点弯曲加载方案和试验机装置，特设计一块加载板放置于弯曲试件的两个支撑板上。试验机在加载板中间施加轴压载荷，轴压载荷通过加载板传递到两个支撑板上，从而实现管道承受四点?
【参考文献】：
期刊论文
[1]腐蚀管道在内压和轴向压力影响下的弯曲破坏[J]. 高杰,李昕,周晶. 海洋工程. 2016(06)
[2]管线钢管局部屈曲应变分析与计算[J]. 吉玲康,李鹤林,陈宏远,赵文轸. 应用力学学报. 2012(06)
[3]含有腐蚀缺陷海底管道极限载荷分析[J]. 谭开忍,肖熙. 海洋工程. 2006(03)
[4]海底输油管道腐蚀剩余寿命评估[J]. 刘立名,余建星,王磊. 中国海上油气.工程. 2002(03)
[5]腐蚀管线剩余强度的非线性分析[J]. 蔡文军,陈国明,潘东民. 石油大学学报(自然科学版). 1999(01)
博士论文
[1]海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D]. 陈严飞.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]油气管道腐蚀后剩余强度的评价研究[D]. 高建华.东北石油大学 2013
[2]薄壁圆钢管轴压短柱力学性能研究[D]. 安士龙.哈尔滨工业大学 2013
[3]腐蚀管道在复杂荷载作用下的数值仿真研究[D]. 杨颖.大连理工大学 2010
本文编号：3311458
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