油气管道复杂腐蚀缺陷失效压力非线性有限元研究

摘要

压力管道广泛应用于工业生产和人民生活当中，管道的安全与否关乎国计民生。随着油气管道使用年限的增加，管道腐蚀现象日益严重，造成壁厚减薄，管道承压能力下降，甚至会导致管体局部腐蚀穿孔、泄漏或破裂事故的发生。实际管道的腐蚀缺陷的分布往往是随机的。因此，为了确保管道的安全运行，需要对腐蚀管道的剩余强度进行评估，研究影响相邻腐蚀缺陷管道失效压力的相关参数，分析相邻腐蚀缺陷的相互作用及影响因素等问题，为压力管道的安全性评价提供参考依据。
　　本文通过对比真实腐蚀管道爆破实验结果与文献计算结果，验证了相邻腐蚀缺陷管道有限元模型的准确性。对腐蚀管道上的相邻腐蚀缺陷开展非线性有限元分析，研究了腐蚀缺陷间距、腐蚀缺陷深度以及腐蚀缺陷长度对相互作用和管道失效压力的影响，同时确定出了一套可行的相互作用判定准则，并提出和验证了新的极限作用距离。研究表明:轴向相邻腐蚀缺陷腐蚀缺陷长度和腐蚀缺陷深度是影响轴向极限距离的重要因素;环向相邻腐蚀缺陷间也存在极限作用距离，即环向间距以角度表示且当夹角大于20°时不发生相互作用，腐蚀缺陷深度对环向极限作用距离影响不大。
　　对于复杂腐蚀缺陷，深、浅缺陷的深度比和长度比是影响管道失效压力的两个主要因素，而深、浅缺陷宽度比对失效压力的影响不大。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 腐蚀缺陷管道剩余强度评价标准和方法的国内外研究现状

1．2．2 腐蚀缺陷管道国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 腐蚀缺陷非线性有限元方法理论

2．1 有限元软件(ANSYS)简介

2．2 有限元分析的前处理过程

2．2．1 单元属性定义

2．2．2 实体建模

2．2．3 网格划分

2．3 有限元分析的求解过程

2．3．1 选择分析类

2．3．2 确定载荷

2．3．3 求解计算

2．4 有限元分析的后处理过程

2．4．1 结果显示

2．4．2 失效准则

2．5 本章小结

第三章 相邻腐蚀缺陷非线性有限元分析

3．1 相邻腐蚀缺陷有限元模型的建立和验证

3．1．1 相邻腐蚀缺陷有限元模型的建立

3．1．2 失效准则及约束条件

3．1．3 相邻腐蚀缺陷有限元模型的验证

3．1．4 非线性有限元法与常用腐蚀缺陷评价准则预测结果对比

3．2 轴向双腐蚀缺陷非线性有限元分析

3．2．1 轴向双腐蚀缺陷模型的建立

3．2．2 轴向间距对相互作用的影响

3．2．3 腐蚀缺陷长度对轴向极限距离的影响

3．2．4 轴向相互作用缺陷有限元方法与DNV-RP-F101准则的对比

3．3 环向双腐蚀缺陷非线性有限元分析

3．3．1 环向双腐蚀缺陷模型的建立

3．3．2 环向夹角对相互作用的影响

3．4 本章小结

第四章 相邻腐蚀缺陷相互作用准则

4．1 现有的腐蚀缺陷相互作用准则

4．2 本文腐蚀缺陷相互作用准则的提出

4．3 本文相互作用准则的验证

4．3．1 轴向相互准则的验证

4．3．2 环向极限距离的验证

4．4 本章小结

第五章 复杂腐蚀缺陷非线性有限元分析

5．1 有限元模型的建立

5．2 约束条件

5．3 浅腐蚀缺陷内单个深腐蚀缺陷的相互作用

5．4 深、浅腐蚀缺陷相对尺寸对失效压力的影响

5．4．1 计算工况

5．4．2 计算结果

5．4．3 结果分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文