一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法技术

本发明专利技术公开了一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，包括以下步骤，步骤1，对管道试样进行单轴拉伸试验，计算得到失效评估曲线；通过单边缺口拉伸试验获取管道临界CTOD值；步骤2，选定管道试样的轴向应力和缺陷尺寸，通过理论迭代计算计算失效评估点；若失效评估点不符合步骤1得到的失效评估曲线；重新计算直至失效评估点符合步骤1得到的失效评估曲线；若失效评估点符合步骤1得到的失效评估曲线，则以临界轴向应力和缺陷尺寸计算管道试样的内压、弯矩和轴力极限载荷。能够通过感知的管道载荷监测数据预测管道失效行为提供外部载荷的极限值，有效掌握管道安全服役状态，为管道安全预警提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法
本专利技术属于管道安全评价
，具体属于一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法。
技术介绍
埋地油气管道安全性十分重要，一旦发生破坏，后果将很严重。埋地油气管道的工作状态远较地面露天管道复杂，除了承受工作介质的压力、还要承受外载荷引起的轴向力与附加弯矩。管道运行期发生的焊口失效，多与管道承受的外部载荷相关，如管沟形状不匹配、人类施工活动或自然现象导致的土壤移动。根据发生管道失效事件分析，管道承受的过大的外部载荷是环焊缝失效原因之一。极限载荷是极限状态相对应的载荷，主要是表征力学结构件极限承载能力的指标。目前，分析结构的极限状态，计算与之相应的极限载荷，主要有解析法求解法、塑性极限定理计算方法、弹塑性有限方法和试验法。然而这些方法都比较复杂，存在不能快速的应用到工程应用中，承受复杂载荷下埋地油气管道安全裕度不可知的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，能够为管道运营者通过感知的管道载荷监测数据预测管道失效行为提供了外部载荷的极限值，有效地掌握管道安全服役状态，为管道安全预警提供了依据。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，包括以下步骤，步骤1，对管道试样进行单轴拉伸试验，计算得到失效评估曲线；通过单边缺口拉伸试验获取管道临界CTOD值；步骤2，选定管道试样的轴向应力σa和缺陷尺寸，通过理论迭代计算计算失效评估点(Kr，Lr)；若失效评估点(Kr，Lr)不符合步骤1得到的失效评估曲线；当失效评估点(Kr，Lr)在失效评估曲线安全区域内部，则增大轴向应力σa；当失效评估点(Kr，Lr)在失效评估曲线安全区域外部，则减小轴向应力σa；重新计算直至失效评估点符合步骤1得到的失效评估曲线；若失效评估点(Kr，Lr)符合步骤1得到的失效评估曲线，则以失效评估点(Kr，Lr)对应的临界轴向应力和缺陷尺寸计算管道试样的内压、弯矩和轴力极限载荷。优选的，步骤1中，首先根据单轴拉伸试验获取应力应变曲线；通过应力应变曲线计算得到屈服强度σy，弹性模量E和真应变εref，设定不同的载荷比Lr，将Lr、σy、E与εref代入下式中，得到韧性比Kr；通过下式来拟合获取的不同(Kr，Lr)形成失效评估曲线，式中，P1、P2、P3为拟合参数。优选的，步骤1中，所述单边缺口试验试样为单边缺口拉伸试样或三点弯试样。优选的，步骤1中，通过宽板拉伸试验获取断裂时刻的轴向应力σa和缺口尺寸计算求得Kr与Lr值，验证单轴拉伸试验得到的失效评估曲线。进一步的，当宽板拉伸试验获得Lr与单轴拉伸试验得到的Lr相同时，Kr差异在10％以内，则单轴拉伸试验得到的失效评估曲线准确；Kr差异在10％以外，则单轴拉伸试验得到的失效评估曲线不准确。进一步的，所述宽板拉伸试样采用机械或电火花加工管道上的缺口。优选的，所述缺陷尺寸包括缺陷高度a和缺陷长度b，所述缺陷高度a小于管道试样壁厚，缺陷长度b小于管道试样周长。优选的，步骤2中，失效评估点中Lr的计算过程如下；式中，β为相对缺陷长度，β＝2c/πD为缺陷长度比管道周长，η为相对缺陷高度，η＝a/t为缺陷高度比管道壁厚，a为缺陷高度，c为缺陷长度，σc为塑性破坏应力，σy为屈服强度；式中，σa为轴向应力，σc为塑性破坏应力。优选的，步骤2中，失效评估点中Kr的计算过程如下；式中，KI为应力强度因子，α为管径比，α＝D/t为直径比壁厚，Fb是管径比α、相对缺陷长度β和相对缺陷高度η的函数，σa为轴向应力；式中，E为弹性模量，ν为泊松比，KI为应力强度因子，Je为J积分的弹性部分；εt＝-0.00175σy+0.22式中，σy为屈服强度，εt为均匀应变；式中，Y/T为屈强比，σy为屈服强度；式中，Y/T为屈强比，n为应力(σ)应变(ε)曲线中的应变硬化指数，εt为均匀应变；式中，dn为J积分到CTOD的转换因子，n为应力(σ)应变(ε)曲线中的应变硬化指数；式中，Je为J积分的弹性部分，dn为J积分到CTOD的转换因子，δe是CTOD驱动力的弹性部分，σy为屈服强度；式中，δe是CTOD驱动力的弹性部分，δmat是材料的CTOD韧性，Kr为韧性比。优选的，所述内压的极限载荷为：式中，D为管道试样外径，为临界轴向应力，t为壁厚；所述轴力的极限载荷为：式中，A为管壁截面积，为临界轴向应力；所述弯矩的极限载荷为：式中，Z表示管道抗弯截面模量，为临界轴向应力。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，能够准确的提供含具体缺陷尺寸的管道极限内压、极限轴力和极限弯矩的计算方法。本专利技术根据实际管道的试验参数计算失效评估曲线，贴近工程实际材料特性，并利用宽板拉伸试验进行修正，准确反映管道的损伤容限能力。本专利技术计算临界CTOD考虑了实际材料属性，消除材料不匹配性，考虑了接近于全尺寸管道的实际情况，更接近实际运行情况。通过理论迭代法计算临界轴向应力能够更加快速的应用到工程实践中，计算含缺陷管道内压、轴力和弯矩的安全裕度，从而更好地指导含缺陷管道评价者综合考虑载荷因素更合理地进行安全评价。另外，本专利技术能够结合现场应力传感器监测的内压、轴力和弯矩的结果，能实时与极限内压、极限轴力和极限弯矩进行对比分析，从判断管道的安全状态。进一步的，通过宽板拉伸试验验证单轴拉伸试验得到的失效评估曲线，提高实验结果的准确性。进一步的，单边缺口试验试样为单边缺口拉伸试样或三点弯试样，单边缺口拉伸试样或三点弯试样的厚度约束条件更接近于管道实际壁厚，减少试验误差，避免结果不准确。进一步的，通过机械或电火花加工管道上的缺口，使得缺口更符合实际产生的缺陷情况，测得的数据更符合实际情况。附图说明图1为本专利技术实施例一埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法流程图；图2为本专利技术实施例一单边缺口拉伸试验试样示意图；图3为本专利技术实施例一三点弯曲试样示意图；图4为本专利技术实施例一宽板拉伸试验试样示意图；图5为本专利技术实施例一失效评估图计算流程图；图6为本专利技术实施例一理论迭代计算轴向应力流程图；图7为本专利技术实施例二X70管道试样的应力应变曲线图；图8为本专利技术实施例二失效评估曲线图；图9为本专利技术实施例二宽板拉伸试验验证失效评估曲线；图10为本专利技术实施例二计算临界轴向应力的迭代过程。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，包括以下步骤，/n步骤1，对管道试样进行单轴拉伸试验，计算得到失效评估曲线；通过单边缺口拉伸试验获取管道临界CTOD值；/n步骤2，选定管道试样的轴向应力σ

【技术特征摘要】
1.一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，对管道试样进行单轴拉伸试验，计算得到失效评估曲线；通过单边缺口拉伸试验获取管道临界CTOD值；
步骤2，选定管道试样的轴向应力σa和缺陷尺寸，通过理论迭代计算计算失效评估点(Kr，Lr)；
若失效评估点(Kr，Lr)不符合步骤1得到的失效评估曲线；
当失效评估点(Kr，Lr)在失效评估曲线安全区域内部，则增大轴向应力σa；
当失效评估点(Kr，Lr)在失效评估曲线安全区域外部，则减小轴向应力σa；重新计算直至失效评估点符合步骤1得到的失效评估曲线；
若失效评估点(Kr，Lr)符合步骤1得到的失效评估曲线，则以失效评估点(Kr，Lr)对应的临界轴向应力和缺陷尺寸计算管道试样的内压、弯矩和轴力极限载荷。


2.根据权利要求1所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，步骤1中，首先根据单轴拉伸试验获取应力应变曲线；通过应力应变曲线计算得到屈服强度σy，弹性模量E和真应变εref，设定不同的载荷比Lr，将Lr、σy、E与εref代入下式中，得到韧性比Kr；



通过下式来拟合获取的不同(Kr，Lr)形成失效评估曲线，



式中，P1、P2、P3为拟合参数。


3.根据权利要求1所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，步骤1中，所述单边缺口试验试样为单边缺口拉伸试样或三点弯试样。


4.根据权利要求1所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，步骤1中，通过宽板拉伸试验获取断裂时刻的轴向应力σa和缺口尺寸计算求得Kr与Lr值，验证单轴拉伸试验得到的失效评估曲线。


5.根据权利要求4所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，当宽板拉伸试验获得Lr与单轴拉伸试验得到的Lr相同时，Kr差异在10％以内，则单轴拉伸试验得到的失效评估曲线准确；Kr差异在10％以外，则单轴拉伸试验得到的失效评估曲线不准确。


6.根据权利要求4所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载荷评估方法，其特征在于，所述宽板拉伸试样采用机械或电火花加工管道上的缺口。


7.根据权利要求1所述的一种埋地含缺陷管道承受极限载...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊，马卫锋，王珂，任俊杰，聂海亮，罗金恒，赵新伟，霍春勇，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11