内压作用下腐蚀供水管道的剩余强度研究

摘要

给水管网是给水系统中的重要组成部分，是现代都市正常运转不可或缺的一部分。金属管道作为主要给水管材之一，在如今的给水管网中仍占据较大比例，随着金属管道使用年限的增加，管道腐蚀现象的加重会造成壁厚减薄进而引起管道承压能力下降，甚至会导致管道局部腐蚀穿孔泄漏或爆管事故的发生。为了更好地把握管道的腐蚀情况，确定腐蚀对管道结构完整性的危害程度，有必要对腐蚀给水管道极限承载力带来的影响进行研究并对管道的剩余强度进行评估，确保管道在服役期限内的安全使用。
　　目前国内对于腐蚀管道的研究大多集中在油气管道，大多通过收集国内外实验数据来研究管道参数或腐蚀缺陷参数对腐蚀管道极限承载力的影响。本文通过实验更真实地研究缺陷对管道极限承载力的影响，同时进行了数值计算，并将之与实验结果进行了对比分析。
　　在实验部分，为研究腐蚀镀锌管道极限承载力在内压作用下的变化规律，本文以D50镀锌钢管为研究对象，分别在管壁内外通过人工方式制造圆形、矩形等不同形状、不同深度的损伤，采用自动液压爆破试验机进行管道的爆破实验，分析总结缺陷位置及深度对试件管道失效压力的影响。通过测量和分析由加载初期到破坏过程中管道内壁纵向和横向应变变化，研究了管道应力的变化情况，分析了不同缺陷位置及不同缺陷深度下管道破坏模式的变化规律。最后得出结论:缺陷深度与管道极限承载力成负相关;同等深度下内腐蚀对极限承载力的影响比外腐蚀大;缺陷的存在使管壁应变和所施加的压力之间呈现非线性变化关系。
　　在数值计算部分，本文利用有限元分析软件ABAQUS，计算腐蚀缺陷管道极限承载力，通过数值计算结果对比分析腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷深度等参数对腐蚀管道极限承载力的影响，并将数值计算结果与实验数据进行对比分析。
　　本文对腐蚀管道在内压作用下的剩余强度评价方法进行了归纳整理，研究各种评价方法中主要参数对腐蚀管道极限承载力的影响。通过实验数据来验证已有腐蚀管道剩余强度评价方法的准确性，对比分析在不同缺陷形状、缺陷长度、缺陷深度条件下各个评价方法的优缺点、使用范围及局限性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 腐蚀管道性能的研究现状

1．2．2 管道剩余强度评价研究现状

1．3 本文的主要研究内容和创新点

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 本文创新点

2 腐蚀钢管剩余强度评价方法

2．1 钢管剩余强度评价方法

2．1．1 ASME B31G准则

2．1．2 修正的B3lG准则

2．1．3 ASMEB31G-2009标准

2．1．4 RSTRENG 0.85-面积法

2．1．5 DNV-RP-F101标准

2．1．6 PCORRC方法

2．1．7 SY/T6151-2009标准

2．2 各评价准则对比

2．3 本章小结

3 内压作用下腐蚀管道的极限承载力实验研究

3．1 腐蚀管道的爆管实验基本介绍

3．1．1 实验仪器介绍

3．1．2 试件制备要求

3．1．3 完好试件的极限承载力

3．2 爆管实验结果汇总

3．2．1 含内腐蚀缺陷管道爆管实验

3．2．2 含外腐蚀缺陷管道爆管实验

3．2．3 含内外腐蚀缺陷管道爆管实验结果对比

3．2．4 含腐蚀管道爆管实验应变分析

3．3 本章小结

4 腐蚀管道极限承载力数值分析

4．1 有限元介绍

4．2 含缺陷的有限元模型

4．2．1 有限元模型的建立

4．2 ．2 失效准则和参考应力的确定

4．2．3 有限元的非线性分析

4．3 有限元计算结果验证

4．4 缺陷参数分析

4．4．1 腐蚀深度

4．4．2 腐蚀长度

4．5 本章小结

5 腐蚀管道剩余强度评价方法的适用性分析

5．1 腐蚀管道剩余强度计算公式的进一步研究

5．1．1 内腐蚀管道的剩余强度评价方法适用性

5．1．2 外腐蚀管道剩余强度评价方法的适用性

5．2 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介