快速确定钢管屈曲应变能力的方法

摘要

一种快速确定钢管屈曲应变能力的方法，属于石油天然气管道用高变形能力钢管的生产控制技术领域，在管体上取纵向试样，试验获得工程应力-工程应变曲线；按ε

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气管道用高变形能力钢管的生产控制技术领域，涉及一种快速确定钢管屈曲应变能力的方法。

背景技术

一般情况下管线失效是由载荷控制的失效，采用的是基于应力极限的设计准则，但是对于在地震、泥石流、滑坡等地质灾害多发区、冻土带及海底等恶劣环境下铺设的管线，其所受载荷大小无法控制，而变形也只有在位移达到了一定程度后才会停止，此时载荷是受位移或应变控制的。在这种情况下单纯采用应力极限准则进行设计已无法保证管线的安全，必须采用应变极限准则，即管线的设计应变必须小于管线的许用应变。管线的许用应变一方面与管线钢管的几何因素有关，如管体的外径与壁厚的比值、位移的作用范围等，另一方面，与管体材料性能的关系也是不容忽视的，如管线钢的屈强比、延伸率、应变强化指数等。工程上一般采用管线钢管的临界屈曲应变(可规定为钢管屈曲时，两倍外径长度上的平均应变，下同)作为其许用应变。

对于确定规格(管径、壁厚、钢级)的钢管，其受到弯曲载荷作用时，临界屈曲应变的大小，完全取决于钢管材料的力学性能，包括弹性模量，屈服强度，以及形变强化性能。因此开发用于恶劣环境地区使用的高应变能力管线钢管就具有重要的工程意义。

衡量钢管产品的弯曲变形能力，最常规的方法就是通过进行全尺寸实管弯曲试验得到其临界屈曲应变，或在试验的基础上进行精确的有限元计算，得到其临界屈曲应变。但是全尺寸实管弯曲试验的成本很高，不能用于生产控制试验，而有限元计算的高度复杂也使其无法用于生产控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种避免反复进行全尺寸实管弯曲试验，可以确定外径为1219mm，壁厚为22.0mm规格X80级别管线钢管的纵向力学性能的快速确定钢管屈曲应变能力的方法。

快速确定钢管屈曲应变能力的方法采用以下步骤：

1)在管体上取纵向试样，试验获得工程应力-工程应变曲线；

步骤1)所述纵向试样规格为内宽度38.1mm，标距长度50.8mm。

步骤1)所述曲线上应变2.0％对应的应力值定义为R_t2.0，应变1.0％对应的应力值为R_t1.0，由此获得需要的应力比参数R_t2.0/R_t1.0。

2)按以下公式计算钢管在弯曲变形模式下的临界屈曲应变：

ε_crit＝15.963×R_t2.0/R_t1.0-15.139

ε_crit：为钢管在弯曲变形模式下屈曲时，压缩侧以发生屈曲处为中心向两边延伸两倍钢管外径长度上的平均应变。

步骤2)所述的钢管为外径1219mm，壁厚22.0mm规格的X80钢管。

本发明可以通过控制管线钢管的拉伸性能，快速确定钢管在弯曲变形模式下的临界屈曲应变，通过临界屈曲应变水平的应力比，可以通过常规的生产控制试验进行性能控制，生产出满足临界屈曲应变水平要求的钢管。

附图说明

图1是管体纵向拉伸试样示意图；

图2是临界屈曲应变与应力比R_t2.0/R_t1.0的关系图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明。

本发明目的在于提供一种避免反复进行全尺寸实管弯曲试验，可以确定外径为1219mm，壁厚为22.0mm规格管线钢管的纵向力学性能的快速确定钢管屈曲应变能力的方法。

快速确定钢管屈曲应变能力的方法采用以下步骤：

1)在管体上取纵向试样，试验获得工程应力-工程应变曲线；

步骤1)所述纵向试样规格为内宽度38.1mm，标距长度50.8mm。

步骤1)所述曲线上应变2.0％对应的应力值定义为R_t2.0，应变1.0％对应的应力值为R_t1.0，由此获得需要的应力比参数R_t2.0/R_t1.0。

应力比是拉伸应力应变曲线上，对应不同应变时的应力的比值，它可以反映拉伸试验过程中，材料在某一阶段应力随着应变的增大而上升的趋势，表达材料变形时的强化趋势。可以定义材料在不同变形阶段的应力比，所以应力比能够更有针对性的体现材料在某一特定变形水平时的强化能力。1.0％和2.0％应变下的应力比，代表了该规格钢管在弯曲变形下达到屈曲时，管体上主要变形部分的应变强化水平。

2)按以下公式计算钢管在弯曲变形模式下的临界屈曲应变：

ε_crit＝15.963×R_t2.0/R_t1.0-15.139

ε_crit：定义为钢管在弯曲变形模式下屈曲时，弯曲的内侧(也就是压缩侧)管体上，以发生屈曲处为中心，向两边延伸相当于两倍钢管外径长度的距离上的平均应变；

管线管弯曲的变形有限元分析可以很好的被全尺寸实物试验所验证，而使用经过验证的有限元模型，可以有效的对相关钢管的变形行为进行研究。通过对生产出的各种应力比水平的钢管进行分析计算，最终获得了上述的关系表达式。最终通过简单的小试样力学性能试验结果，预测钢管产品的变形能力。

步骤2)所述的钢管为外径1219mm，壁厚22.0mm规格的X80钢管。