一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法技术

一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法，其属于深海油气开发、生产和运输的技术领域。该方法在含有单个腐蚀的钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法的基础上，考虑钢制管道含有两个局部腐蚀缺陷时的屈曲响应，推导出含双腐蚀管道的临界弹塑性屈曲压力计算方程。并在考虑了双腐蚀钢制管道的两个腐蚀缺陷之间的相互影响以及缺陷尺寸对管道屈曲响应的影响的基础上，推导出腐蚀管道临界外压计算方法；并通过与有限元结果的对比，该技术方法结果误差在8％以内，证明了该计算方法的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法
本专利技术涉及一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法，其属于深海油气开发、生产和运输的

技术介绍
深海管道在海上石油开采产业中有许多应用。深海管道常年处于深海海底环境中，难免受到较高的外部压力。并且海底复杂的环境会使管道产生各种缺陷。其中腐蚀引起的壁厚减薄被证实是导致海底管道屈曲的非常重要的几何缺陷，在外压与缺陷的共同作用下，管道容易发生局部屈曲，甚至整体倒塌。针对钢质管道在外压作用下临界屈曲荷载计算公式，目前已有完好管道弹塑性屈曲计算公式以及含有内外对称腐蚀缺陷管道的弹塑性计算公式。但在复杂的海洋环境中，经常出现同一截面两个腐蚀坑共同存在的情况。目前，国内外还没有含双内外非对称腐蚀缺陷管道的弹塑性屈曲压力计算公式。
技术实现思路
本专利技术为弥补深海管道腐蚀缺陷形式方面研究技术的不足，在考虑了管道内外腐蚀缺陷深度不同且含有两个腐蚀坑的情况下，提出了一种含两个非对称腐蚀缺陷管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法，其具有较高的准确性以及实用性。...

【技术保护点】
1.一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA、假设无限长腐蚀管道处在平面应变状态，将双腐蚀管道屈曲问题等效为2D截面圆环模型进行研究，通过在变形圆环上施加的外部压力、弯矩和内部轴向力之间的平衡，基于对称性得到对称屈曲模态下含有两个非对称局部壁厚减薄管道弹性屈曲微分方程/n

【技术特征摘要】
1.一种含双腐蚀缺陷钢制管道临界弹塑性屈曲压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、假设无限长腐蚀管道处在平面应变状态，将双腐蚀管道屈曲问题等效为2D截面圆环模型进行研究，通过在变形圆环上施加的外部压力、弯矩和内部轴向力之间的平衡，基于对称性得到对称屈曲模态下含有两个非对称局部壁厚减薄管道弹性屈曲微分方程



R为管道平均半径；Rc为腐蚀缺陷部分平均半径，p为管道受到的均匀外压，w为径向位移，w0为微小初始变形引起的微小径向位移，M0为微小初始变形引起的微小弯矩，wu为完好部分径向位移，wc为腐蚀部分的径向位移，θ为角度，θ1为半腐蚀缺陷夹角角度，θ2为腐蚀缺陷角度；
参数k和参数kc表示为



其中，E为杨氏模量，μ为泊松比，t为管道厚度，tc为缺陷处管道壁厚；
B、应力应变曲线采用Ramberg-Osgood方程：



其中，ε为应变，σ为应力；εy为应变，σy为屈服应力，β为应变硬化指数；
根据式(3)，得到切线模量Et的以下表达式



将公式(4)带入式(2)可得



这里Etc为腐蚀缺陷处的切线模量；其表达式为



C、当发生反对称屈曲模态时，由于M0和w0＝0，M＝pRw；因此，反对称屈曲模态情况下的弹塑性屈曲控制方程为



D、对于承受外部压力的双非对称局部腐蚀缺陷管道，对称屈曲模态下的微分方程式(1)的解：



E、对于腐蚀管道来说，对称边界条件可以表示为以下形式：



位移连续性边界条件表示为



导数连续性边界条件为



中面不可拉伸条件为



初始变形边界条件为
wu(0)＝w0(13)
将对称屈曲模态下的微分方程的解A1＝0(14)
带入称性边界条件式(9)、(10)、(11)、(12)可得
G1＝G2tan(πk)(15)















将式(14)、(15)带入式(14-19)，并写成矩阵形式得到表达式



其中：
B11＝-sin(kcθ1)；
B12＝0；
B13＝cos(kθ1)；
B14＝-cos(kcθ1)；






B21＝sin[k(θ1+θ2)]；
B22＝-sec(kπ)cos[k(π-θ1-θ2)]；
B23＝0；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海盛，武行，李昕，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21