基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法技术

本发明专利技术涉及一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，包括：分别确定油气管道管材屈服强度和抗拉强度的概率密度函数和分布函数，并计算管材屈服强度和抗拉强度，计算管材的屈强比λ、应力硬化指数n和屈服偏移量α，拟合管材的应力应变曲线Ramberg‑Osgood方程。本发明专利技术实施简单，能得到满足预期合格率要求的油气管道管材应力应变曲线Ramberg‑Osgood方程，且方程表达式简单易用，易被广大油气管道运行管理人员和设计人员掌握，可广泛应用于油气管道管材性能、结构设计和强度评价领域。

【技术实现步骤摘要】
基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法
本专利技术涉及一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，具体涉及一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线Ramberg-Osgood方程拟合方法，属于油气管道材料性能、结构设计和强度评价领域。
技术介绍
油气管道在运输、建设、运行和维护过程中，外界条件的复杂多变，难免发生弯曲、变形、破裂等管体变形或损伤。例如，穿越活动断层、坡体、采空区、软土等可能发生地表位移地段的管道，在地表位移的情况下，管道也会随之发生弯曲变形。管道发生变形或损伤之后，往往还具有一定的安全裕度，通过剩余强度评价后可以继续使用。为了确定管道变形及损伤后的安全裕度，通常需要对管道进行评价，而管材的应力应变曲线是管道评价时最常用到的基本性能参数。通常情况下，规范中建议根据实验确定管材的应力应变曲线。这种方法可操作性较差：一则为了保持计算管段的完整性，不可能在计算管段上切取试样测量计算管段管材的应力应变曲线；二则即使可以切取试样进行测量，由于管材性能的不均匀性，局部管材的应力应变曲线也不能代表管道整体的应力应变曲线；三则难以根据实测的应力应变曲线得到简单易用的数学表达式。管材性能的误差，使得管道剩余强度的评价结果与实际情况产生较大差别，难以得到具有一致可靠性的评价结果；数学表达式难以拟合，给工程应用带来诸多不便。如何得到油气管道管材具有一致可靠性且简单易用的应力应变曲线方程，进而对管道进行评价，是油气管道材料性能、结构设计和强度评价领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决油气管道管材性能、结构设计和强度评价领域存在的管材性能取值问题，本专利技术的目的在于提供一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，包括基于概率分布的管材屈服强度、抗拉强度取值方法，以及应力应变曲线Ramberg-Osgood方程拟合方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，包括以下步骤：步骤1，根据油气管道计算管段同批次或相同钢级管材屈服强度的分布类型，确定管材屈服强度的概率密度函数f1(t)和分布函数F1(σy)；确定管材屈服强度的预期合格率θ1，并根据下式计算预期合格率θ1下对应的管材屈服强度σy：步骤2，根据油气管道计算管段同批次或相同钢级管材抗拉强度的分布类型，确定管材抗拉强度的概率密度函数f2(t)和分布函数F2(σu)；确定管材抗拉强度的预期合格率θ2，并根据下式计算预期合格率θ2下对应的管材抗拉强度σu：步骤3，根据上述管材屈服强度σy和管材抗拉强度σu计算管材的屈强比λ：步骤4，根据管材的屈强比λ计算管材的应力硬化指数n：步骤5，根据下式计算管材的屈服偏移量α：式中：E为管材的弹性模量；步骤6，拟合管材应力应变曲线Ramberg-Osgood方程，如下：式中：ε为管材的应变，σ为管材的应力。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，使管道设计人员采用概率分布方法计算得出符合预期合格率要求、且具有一致可靠性的管材屈服强度和抗拉强度，拟合出管材的应力应变曲线Ramberg-Osgood方程。本专利技术实施简单，能够得到满足预期合格率要求且具有一致可靠性的管材应力应变曲线Ramberg-Osgood方程，方程表达式简单易用，易被广大管道运行管理人员和设计人员掌握，可广泛应用于油气管道管材性能、结构设计和强度评价领域。附图说明图1为本专利技术中实施例中得到的X80钢级天然气长输管道管材纵向应力应变曲线及其Ramberg-Osgood方程。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例以X80钢级天然气长输管道管材纵向应力应变曲线及其Ramberg-Osgood方程为例来说明本专利技术的实施过程。(1)管道参数，如表1所示：表1X80钢级天然气长输管道管材纵向性能(2)管材纵向屈服强度的分布类型为正态分布，如下：1)正态分布的概率密度函数f1(t)为：式中：μ为屈服强度的数学期望，μ＝615.1MPa；σ为屈服强度的标准差，σ＝51.5MPa。2)正态分布的分布函数F1(σy)为：3)假设欲得到95％的X80钢级管道管材纵向屈服强度都达标的屈服强度值，即屈服强度的预期合格率θ1＝95％。4)根据下式求解σy，可得σy＝530MPa。(3)管材抗拉强度的分布类型为对数正态分布，如下：1)对数正态分布的概率密度函数f2(t)为：式中：μ为抗拉强度的数学期望，μ＝700.5MPa；σ为抗拉强度的标准差，σ＝45.5MPa。2)对数正态分布的分布函数F2(σu)为：3)假设欲得到95％的X80钢级管道管材纵向抗拉强度都达标的抗拉强度值，即抗拉强度的预期合格率θ2＝95％。4)根据下式求解σu，可得σu＝628MPa。(4)计算管材的屈强比λ，如下：(5)计算管材的应力硬化指数n，如下：(6)计算管材的屈服偏移量α，如下：(7)拟合应力应变曲线Ramberg-Osgood方程，即σ-ε方程，如下：式中，ε为管材的应变；σ为管材的应力，MPa。(8)根据上述应力应变曲线Ramberg-Osgood方程，绘制X80钢级天然气长输管道管材纵向应力应变曲线如图1所示。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据油气管道计算管段同批次或相同钢级管材屈服强度的分布类型，确定管材屈服强度的概率密度函数f1(t)和分布函数F1(σy)；确定管材屈服强度的预期合格率θ1，并根据下式计算预期合格率θ1下对应的管材屈服强度σy：

【技术特征摘要】
1.一种基于概率分布的油气管道管材应力应变曲线方程拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据油气管道计算管段同批次或相同钢级管材屈服强度的分布类型，确定管材屈服强度的概率密度函数f1(t)和分布函数F1(σy)；确定管材屈服强度的预期合格率θ1，并根据下式计算预期合格率θ1下对应的管材屈服强度σy：步骤2，根据油气管道计算管段同批次或相同钢级管材抗拉强度的分布类型，确定管材抗拉强度的概率密度函数f2(t)和分布函数F2(σu)；确定管材抗拉强度的预期合格率θ2，并根据下式计算预期合格率θ2下对应的管材抗拉强度σu：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉卿，张振永，余志峰，佟雷，李朝，赵子峰，刘绍兴，张智禹，武玉梁，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油管道局工程有限公司，中国石油管道局工程有限公司设计分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11