利用拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

发布时间：2017-09-23 21:09

  本文关键词：利用拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

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【摘要】：焊接残余应力是造成焊缝开裂失效的主要原因,因而精确描述应力对于管道安全输送极为重要,而外加拘束是影响焊接应力分布的众多因素之一。为此,应用ANSYS仿真软件,采用实体—壳单元耦合建模方法,建立了拘束度与焊接过程的温度场和应力场耦合仿真模型,研究了拘束对油气管道焊缝应力的影响。同时,还基于自建的1套自拘束焊接试验装置,实现了不同拘束状态下管道的焊接,并通过应变仪采集焊接过程中的应力应变数据,与模拟结果进行对比,进而证明了ANSYS仿真耦合模型的有效性。结果表明:①对于两端约束的钢管焊接对接接头,随着管长增加,焊缝处的轴向应力减小,在距离焊缝230 mm处的轴向应力亦减小;②焊趾处的塑性应变亦减小,整体焊接结构的拘束度降低;③焊接的管道残余应力随着拘束度的上升而增大,拘束情况对焊接残余应力的影响明显;④拘束度最大的0.5 m×0.5 m管子,其焊接残余拉应力最大可达140 MPa,高残余拉应力会严重削弱管道的整体性能。进而提出建议:加强管道建设期间的焊接施工管理,避免产生管道焊接时的强拘束。
【作者单位】： 广东大鹏液化天然气有限公司;天津大学材料学院;中国石油大学(北京)机械与储运工程学院;
【关键词】： 油气管道 ANSYS 拘束度 耦合模型 生死单元 焊接应变 残余应力 焊缝开裂
【基金】：中国海洋石油总公司青年科技创新项目“在役陆上长输天然气管道含缺陷焊缝适用性评价关键技术”(JZTW2015KJ)
【分类号】：TE973.3
【正文快照】： 截至2015年底,我国油气长输管道总长度达9.6×104 km。但随着管道建设的大规模推进,也产生了诸多不规范的施工现象,如管道连头口处由于强力组对,造成在较大的拘束情况下完成了焊接过程[1-10]。焊接实验对设备、人力等有较高要求[11],随着电子计算机的高速发展,有限元模拟技术

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本文编号：907455