弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及油气输送管道焊缝检测技术领域，尤其涉及一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法和系统，方法包括：构建在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的解析近似表达式，并利用有限元模型进行修正，得到计算表达式，进而计算得到待评价含错边缺陷环焊缝在内压和弯曲载荷作用下的等效应力，当等效应力不超过预设等效应力阈值时，则判定待评价含错边缺陷环焊缝安全，当等效应力超过预设等效应力阈值时，则判定待评价含错边缺陷环焊缝不安全，解决了大尺度整体管道在弯曲载荷作用下焊缝局部复杂细节位置的应力精确计算问题，提高环焊缝细节应力计算精度和效率。力计算精度和效率。力计算精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法和系统


[0001]本专利技术涉及油气输送管道焊缝检测
，尤其涉及一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法和系统。

技术介绍

[0002]近年来，油气管道环焊缝失效案例频频出现，部分失效事故造成巨大人员伤亡和经济损失，引起恐慌。环焊缝失效主要由其自身的力学性能、环焊缝缺陷、外部载荷等3方面因素造成。根据事故调查报告和失效分析报告，除内压外的外部载荷，特别是滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素之一。管道环焊缝焊接过程中可能出现气孔、错边、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等各种缺陷，相比裂纹等危害性缺陷，错边是较常见的一种焊接缺陷，出现频率较高，参见图1。由于错边缺陷导致焊缝结构的不连续，与母材不能实现平滑过渡，容易形成局部应力集中，对环焊缝的服役安全性造成严重影响。对于未焊透、未熔合、裂纹等危害性较大的缺陷，通常在检测发现后采用换管等方式进行处置。而对于错边缺陷，通常采用应力监测等手段进行防控。
[0003]为了保证环焊缝的结构安全性，在监控过程中，除设计压力引起的管道应力应变，环焊缝还能承受多少外部载荷引起的应力应变，已成为管道完整性管理中的重点和难点，是管道应力应变检测或监测预警的核心问题。现有含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，在存在附加弯曲载荷时，通过净截面弯矩来计算附加应力，在实际应用中，管道环焊缝上的弯矩通常无法确定，因此不能直接进行评价。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法和系统。
[0005]本专利技术的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法的技术方案如下：
[0006]构建在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的解析近似表达式；
[0007]利用有限元方法，建立用于在内压和弯曲载荷作用下计算含错边缺陷管道环焊缝发应力的有限元模型；
[0008]基于所述有限元模型，对所述最大等效应力的解析近似表达式进行修正，得到在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的计算表达式；
[0009]获取并将待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息，以及所述待评价含错边缺陷环焊缝的错边量、管道滑坡位移或管道变形扰度以及管道跨距，输入所述计算表达式，计算得到所述待评价含错边缺陷环焊缝在内压和弯曲载荷作用下的等效应力；
[0010]当所述等效应力不超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝安全，当所述等效应力超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝
不安全。
[0011]本专利技术的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估系统的技术方案如下：
[0012]包括构建模块、建立模块、修正模块、计算模块和评价模块；
[0013]所述构建模块用于：构建在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的解析近似表达式；
[0014]所述建立模块用于：利用有限元方法，建立用于在内压和弯曲载荷作用下计算含错边缺陷管道环焊缝发应力的有限元模型；
[0015]所述修正模块用于：基于所述有限元模型，对所述最大等效应力的解析近似表达式进行修正，得到在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的计算表达式；
[0016]所述计算模块用于：获取并将待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息，以及所述待评价含错边缺陷环焊缝的错边量、管道滑坡位移或管道变形扰度以及管道跨距，输入所述计算表达式，计算得到所述待评价含错边缺陷环焊缝在内压和弯曲载荷作用下的等效应力；
[0017]所述评价模块用于：当所述等效应力不超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝安全，当所述等效应力超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝不安全。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]考虑了弯曲载荷对含错边缺陷管道环焊缝强度的影响，特别是在计算公式中引入管道变形扰度，可通过扰度来计算环焊缝临界应力，解决了现有评价方法中管道上弯矩无法直接获取的问题，操作性更强。同时，在有限元模型中，通过采用子模型建模分析方法，解决了大尺度整体管道在弯曲载荷作用下焊缝局部复杂细节位置的应力精确计算问题，提高环焊缝细节应力计算精度和效率。
附图说明
[0020]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0021]图1为含错边缺陷环焊缝的示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法的流程示意图；
[0023]图3为含错边缺陷环焊缝受内压和弯曲载荷示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估系统的结构示意图；
具体实施方式
[0025]如图2所示，本专利技术实施例的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，包括如下步骤：
[0026]S1、构建在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的解析
近似表达式，在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝的结构如图3所示；
[0027]S2、利用有限元方法，建立用于在内压和弯曲载荷作用下计算含错边缺陷管道环焊缝发应力的有限元模型；
[0028]S3、基于有限元模型，对最大等效应力的解析近似表达式进行修正，利用有限元计算结果通过数据拟合方法求解解析近似表达式中的待定系数A1～A5以及待定函数g(e,f)来实现修正，得到在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的计算表达式；
[0029]S4、获取并将待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息，以及待评价含错边缺陷环焊缝的错边量、管道滑坡位移或管道变形扰度以及管道跨距，输入计算表达式，计算得到待评价含错边缺陷环焊缝在内压和弯曲载荷作用下的等效应力；
[0030]S5、当等效应力不超过预设等效应力阈值时，则判定待评价含错边缺陷环焊缝安全，当等效应力超过预设等效应力阈值时，则判定待评价含错边缺陷环焊缝不安全。
[0031]可选地，在上述技术方案中，待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息包括：钢管外径、壁厚、管道设计压力、钢管材料弹性模量和泊松比。
[0032]可选地，在上述技术方案中，解析近似表达式为：
[0033][0034]其中，D表示钢管外径、t表示壁厚、P表示管道设计压力、E表示钢管材料弹性模量、μ表示泊松比，e表示错边量、f表示管道滑坡位移或管道变形扰度，l表示管道跨距。
[0035]可选地，在上述技术方案中，计算表达式为：
[0036][0037]可选地，在上述技术方案中，待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息还包括：屈服强度和抗拉强度，预设等效应力阈值为σ'，σ'＝1/2(σ
s
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，其特征在于，包括：构建在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的解析近似表达式；利用有限元方法，建立用于在内压和弯曲载荷作用下计算含错边缺陷管道环焊缝发应力的有限元模型；基于所述有限元模型，对所述最大等效应力的解析近似表达式进行修正，得到在内压和弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝上最大等效应力的计算表达式；获取并将待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息，以及所述待评价含错边缺陷环焊缝的错边量、管道滑坡位移或管道变形扰度以及管道跨距，输入所述计算表达式，计算得到所述待评价含错边缺陷环焊缝在内压和弯曲载荷作用下的等效应力；当所述等效应力不超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝安全，当所述等效应力超过预设等效应力阈值时，则判定所述待评价含错边缺陷环焊缝不安全。2.根据权利要求1所述的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，其特征在于，所述待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息包括：钢管外径、壁厚、管道设计压力、钢管材料弹性模量和泊松比。3.根据权利要求2所述的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，其特征在于，所述解析近似表达式为：其中，D表示钢管外径、t表示壁厚、P表示管道设计压力、E表示钢管材料弹性模量、μ表示泊松比，e表示错边量、f表示管道滑坡位移或管道变形扰度，l表示管道跨距。4.根据权利要求3所述的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，其特征在于，所述计算表达式为：5.根据权利要求4所述的一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估方法，其
特征在于，所述待评价含错边缺陷环焊缝两侧钢管的基本信息还包括：屈服强度和抗拉强度，所述预设等效应力阈值为σ'，σ'＝1/2(σ
s
+σ
b
)，其中，σ
s
表示屈服强度、σ
b
表示抗拉强度。6.一种弯曲载荷下的含错边缺陷管道环焊缝安全评估系统，其特征在于，包括构建模...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，杨永和，徐奎，赵康，邹斌，李坤，丁融，陈翠翠，惠文颖，高富超，
申请(专利权)人：管网集团新疆联合管道有限责任公司，
类型：发明
国别省市：