天然气/石油管道的动态断裂模拟及止裂研究
发布时间：2021-08-29 02:00
随着全球天然气消耗量激增,目前国内外输气管线的建设呈现着强劲的发展势头。输气钢管也趋向于更高的工作内压,另外管道工作需要适应越来越恶劣的环境,因此管道的安全问题摆在了首位。高成本的投入必须确保在工作前就得到可靠性验证,一个可靠的有限元模型对于节约成本和确定管道设计参数同样具有重要的实际指导意义。本文基于内聚力模型建立了全尺寸天然气管道的动态断裂有限元模型。利用该模型对X80管线钢的动态裂纹扩展进行了模拟,预测的裂纹扩展速度与管道内压的定量关系与已有实验得出的半经验公式在不同尺寸下都吻合较好。利用此模型可以对管道爆破试验中难以测定的关键参数（比如裂纹尖端张开角的变化规律,裂纹尖端的应力应变场等）进行定量研究,揭示全尺寸管道动态断裂的机理,为实验提供必要的补充。最后对管道的止裂设计进行了一些探讨。主要工作如下:1.以X80管线钢为研究对象,建立X80管道动态断裂有限元模型。在建模过程中对有限元中内聚力模型的理论及该材料裂纹损伤准则进行了必要的准备。获得X80管线钢的力学性能参数以及内聚力模型下裂纹损伤准则。2.通过半经验公式对管道动态断裂模型进行验证。为了保证验证的可靠性,分别对不同参数下...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1台湾高雄市天然气爆炸事故现场
江南大学硕士学位论文的安全性永远是第一位的，所以对天然气管道的可靠性研究，有必要。2015 年 12 月 30 日 12 时，国家终于建成了属于我们但是全尺寸管道爆破实验非常昂贵，如果能够在实验之前通进行模拟，并通过全尺寸爆破实验的数据对模型进行一步步修非常高的实用价值。究现状用钢的发展现状道的输送量与输送压力和管道直径的关系如图 1.2 所示[9]。显和提高气体传输压力可以很明显的提高气体输送量，是管道90 之前管道建设的主要目标和发展趋势。现在普遍认为，天般不超过 1420mm[10]。目前人们的主要目标不是扩大管径，而作压力，这方面的追求从来没有停止。近年来，其他国家新建力约 10~15MPa，个别管道线路输气压力达到了 20MPa。
江南大学硕士学位论文的高强度管线钢出现了，第一个是 X70 管线钢，然后是 X80 和 X100。因此，在接下来几十年里提出了改进 BTCM 对现代高强度管线钢 X70 及以上的止裂韧性预测，提出各种修正。作为开拓者，Kanninen[24]等人最早进行实验，通过有限元模拟薄壁试样稳定裂纹增长，进行裂纹尖端张开角(CTOA)准则研究。CTOA 是一个工程断裂参数，对断裂试样或裂纹管道来说，基于 CTOA 的裂纹驱动力理论上没有解决方案，因此 CTOA 概念的应用依赖于有限元计算，并需要强大的模拟技术。庄茁等人模拟了非平面壳体上的动态断裂行为，可以求出整个断裂过程中任意时刻的 CTOA，继而提出了 CTOA 这一针对管道韧性断裂的判断依据[25]。中国石油大学白永强等人从输气内压、管道几何尺寸等不同方面分析了对裂纹扩展驱动力的影响[26]。从高等级管线钢的建设使用以来，管道脆性断裂已经可以避免，各国研究机构研究领域着重于韧性断裂的起裂和止裂上。而这一研究方向仍然完全不够明朗，人们投入了难以想象的人力和财力。2015 年 12 月 30 日 12 时，国家终于建成了属于我们的管道断裂控制试验场[8]，是世界上第四个完成此举的国家。这将大大的推动我国对输气管道动态断裂的研究。图 1.3 为爆破实验现场。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内首座管道断裂控制试验场正式建成投产[J]. 石油化工腐蚀与防护. 2016(01)
[2]对油气管道爆燃事故多发的反思[J]. 王宁. 现代职业安全. 2014(08)
[3]X80管线钢用于国内输气管道工程[J]. 孙巧. 油气田地面工程. 2013(06)
[4]国内外高钢级管线钢的发展及应用[J]. 张斌,钱成文,王玉梅,张玉志. 石油工程建设. 2012(01)
[5]伏尔加钢管厂天然气管道用Φ1420mm焊管生产概况[J]. 郭春玲. 焊管. 2011(05)
[6]基于内聚力模型的AISI4135高强钢氢致滞后断裂数值模拟[J]. 王艳飞,巩建鸣,蒋文春,姜勇,唐建群. 金属学报. 2011(05)
[7]西气东输二线管道工程的设计特点[J]. 向波. 石油工程建设. 2010(S1)
[8]管道工程面临的挑战与管线钢的发展趋势[J]. 高惠临. 焊管. 2010(10)
[9]X80管线钢的组织与性能研究[J]. 衣海龙,杜林秀,王国栋,刘相华. 东北大学学报(自然科学版). 2008(02)
[10]载重子午线轮胎胎圈处裂纹扩展的有限元模拟[J]. 缪亚东,苏军,高明. 橡胶工业. 2007(10)
博士论文
[1]X80管线钢韧性断裂研究与有限元模拟[D]. 邱保文.武汉科技大学 2010
硕士论文
[1]油气管道裂纹扩展特性的研究[D]. 李若男.哈尔滨商业大学 2015
[2]内聚力和扩展有限元方法在裂纹扩展模拟中的应用研究[D]. 李卓.广西大学 2013
[3]冲击载荷下油气管道的疲劳破坏的计算机模拟研究[D]. 李忠琼.新疆大学 2012
[4]拉压载荷下高强铝合金疲劳裂纹扩展参数有限元研究[D]. 索斌.哈尔滨理工大学 2007
[5]基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用[D]. 王慰军.浙江大学 2006
[6]应力断料中裂纹扩展的数值模拟研究[D]. 冒小萍.兰州理工大学 2004
本文编号：3369674
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1台湾高雄市天然气爆炸事故现场
江南大学硕士学位论文的安全性永远是第一位的，所以对天然气管道的可靠性研究，有必要。2015 年 12 月 30 日 12 时，国家终于建成了属于我们但是全尺寸管道爆破实验非常昂贵，如果能够在实验之前通进行模拟，并通过全尺寸爆破实验的数据对模型进行一步步修非常高的实用价值。究现状用钢的发展现状道的输送量与输送压力和管道直径的关系如图 1.2 所示[9]。显和提高气体传输压力可以很明显的提高气体输送量，是管道90 之前管道建设的主要目标和发展趋势。现在普遍认为，天般不超过 1420mm[10]。目前人们的主要目标不是扩大管径，而作压力，这方面的追求从来没有停止。近年来，其他国家新建力约 10~15MPa，个别管道线路输气压力达到了 20MPa。
江南大学硕士学位论文的高强度管线钢出现了，第一个是 X70 管线钢，然后是 X80 和 X100。因此，在接下来几十年里提出了改进 BTCM 对现代高强度管线钢 X70 及以上的止裂韧性预测，提出各种修正。作为开拓者，Kanninen[24]等人最早进行实验，通过有限元模拟薄壁试样稳定裂纹增长，进行裂纹尖端张开角(CTOA)准则研究。CTOA 是一个工程断裂参数，对断裂试样或裂纹管道来说，基于 CTOA 的裂纹驱动力理论上没有解决方案，因此 CTOA 概念的应用依赖于有限元计算，并需要强大的模拟技术。庄茁等人模拟了非平面壳体上的动态断裂行为，可以求出整个断裂过程中任意时刻的 CTOA，继而提出了 CTOA 这一针对管道韧性断裂的判断依据[25]。中国石油大学白永强等人从输气内压、管道几何尺寸等不同方面分析了对裂纹扩展驱动力的影响[26]。从高等级管线钢的建设使用以来，管道脆性断裂已经可以避免，各国研究机构研究领域着重于韧性断裂的起裂和止裂上。而这一研究方向仍然完全不够明朗，人们投入了难以想象的人力和财力。2015 年 12 月 30 日 12 时，国家终于建成了属于我们的管道断裂控制试验场[8]，是世界上第四个完成此举的国家。这将大大的推动我国对输气管道动态断裂的研究。图 1.3 为爆破实验现场。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内首座管道断裂控制试验场正式建成投产[J]. 石油化工腐蚀与防护. 2016(01)
[2]对油气管道爆燃事故多发的反思[J]. 王宁. 现代职业安全. 2014(08)
[3]X80管线钢用于国内输气管道工程[J]. 孙巧. 油气田地面工程. 2013(06)
[4]国内外高钢级管线钢的发展及应用[J]. 张斌,钱成文,王玉梅,张玉志. 石油工程建设. 2012(01)
[5]伏尔加钢管厂天然气管道用Φ1420mm焊管生产概况[J]. 郭春玲. 焊管. 2011(05)
[6]基于内聚力模型的AISI4135高强钢氢致滞后断裂数值模拟[J]. 王艳飞,巩建鸣,蒋文春,姜勇,唐建群. 金属学报. 2011(05)
[7]西气东输二线管道工程的设计特点[J]. 向波. 石油工程建设. 2010(S1)
[8]管道工程面临的挑战与管线钢的发展趋势[J]. 高惠临. 焊管. 2010(10)
[9]X80管线钢的组织与性能研究[J]. 衣海龙,杜林秀,王国栋,刘相华. 东北大学学报(自然科学版). 2008(02)
[10]载重子午线轮胎胎圈处裂纹扩展的有限元模拟[J]. 缪亚东,苏军,高明. 橡胶工业. 2007(10)
博士论文
[1]X80管线钢韧性断裂研究与有限元模拟[D]. 邱保文.武汉科技大学 2010
硕士论文
[1]油气管道裂纹扩展特性的研究[D]. 李若男.哈尔滨商业大学 2015
[2]内聚力和扩展有限元方法在裂纹扩展模拟中的应用研究[D]. 李卓.广西大学 2013
[3]冲击载荷下油气管道的疲劳破坏的计算机模拟研究[D]. 李忠琼.新疆大学 2012
[4]拉压载荷下高强铝合金疲劳裂纹扩展参数有限元研究[D]. 索斌.哈尔滨理工大学 2007
[5]基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用[D]. 王慰军.浙江大学 2006
[6]应力断料中裂纹扩展的数值模拟研究[D]. 冒小萍.兰州理工大学 2004
本文编号：3369674
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