复杂载荷作用管道腐蚀缺陷剩余强度非线性有限元研究

摘要

作为一个能源消耗大国，我国也越来越重视石油天然气运输管道的建设。长期埋于地下的压力管道会发生不同程度的腐蚀，含腐蚀缺陷的埋地管道直接与管体周围土壤接触，会受到复杂的外载荷。本文以X80级钢材的压力管道为研究对象，采用有限元分析的方法，研究了缺陷深度、长度和宽度这三个因素在纯内压、内压和弯矩组合作用以及内压和轴向力组合作用下对管道的失效压力的影响，主要研究成果如下：
　　(1)建立了含单个腐蚀缺陷管道的三维非线性有限元模型，通过与真实腐蚀管道爆破实验结果和文献计算结果的对比，验证了含腐蚀缺陷管道有限元模型的准确性。
　　(2)通过对腐蚀管道分别施加纯内压，内压和弯矩以及内压和轴向力得到的等效应力云图可知，在这三种力的组合形式中，腐蚀管道发生失效的位置均处于腐蚀缺陷区域的中心位置。
　　(3)腐蚀管道在内压，内压和弯矩以及内压和轴向力作用下，管道失效压力均随缺陷轴向长度的增大而降低，且降低的速率越来越缓慢。其中在内压作用时，管道的失效压力在缺陷长度约250mm以后趋于一个定值，而在内压和弯矩以及内压和轴向力的作用下，管道的失效压力在缺陷长度为250mm处仍处于下降趋势。说明复杂载荷对腐蚀管道缺陷的失效压力在改变缺陷长度下的变化规律有一定的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3复杂载荷作用下管道破坏的机理研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 腐蚀缺陷非线性有限元分析方法

2.1有限元思想

2.2ANSYS软件的使用

2.3ANSYS软件的前处理阶段

2.4ANSYS软件的求解阶段

2.5ANSYS软件的后处理阶段

2.6本章小结

第三章 腐蚀缺陷管道有限元模型准确性的验证

3.1有限元模型的建立

3.2在内压作用下的模型验证

3.3ANSYS计算结果与常用腐蚀缺陷评估方法计算结果对比

3.4在内压和弯矩联合作用下的模型验证

3.5在轴向力和内压联合作用下的模型验证

3.6本章小结

第四章 复杂力载荷作用下管道失效压力的研究

4.1纯内压载荷作用下管道剩余强度研究

4.2内压和弯矩联合作用下腐蚀管道剩余强度研究

4.3轴向力和内压联合作用下腐蚀管道剩余强度研究

4.4对比分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文