文档介绍：石油机械

2004 年第 32 卷第 10 期 CHINA PETROLEUM MACHINERY ) 11 )
! 专题研究#
含凹坑缺陷在役石油管道剩余极限强度分析
X
徐颖强原园吕国志封文岗
( 西北工业大学) ( 中国铝业山西分公司石灰石矿)
摘要在役石油管道剩余极限强度评价是为保障在役石油管道安全可靠运行的基础工作。分
析了含有椭球形凹坑缺陷石油管道分别在轴向拉力、内压力和轴向拉力与内压力联合作用下的剩
余极限强度问题, 基于 Von1Mises 准则和平衡应力场原理, 建立管道剩余极限强度理论分析模
型, 并就具体算例, 利用三维弹塑性有限元法, 对该模型进行分析比较。结果表明, 当凹坑缺陷
相对尺寸较小时, 模型可以有效预测含有缺陷管道的剩余极限强度, 该模型是一种简便、有效的
工程评定方法。
关键词石油管道凹坑缺陷剩余强度模型分析
石油管道分别在轴向拉力、内压力和轴向拉力与内
引言压力联合作用下的剩余极限强度问题, 基于
Von1Mises 准则、净截面破坏准则和平衡应力场原
目前国内在役的石油管道大部分已服役多年, 理, 建立管道剩余极限强度理论分析模型, 并就具
将陆续进入事故高发期, 不可避免地存在原始的或体算例, 利用三维弹塑性有限元法, 对该模型进行
在使用过程中出现的凹坑缺陷, 这些缺陷的存在会比较和分析。
降低管道的强度, 对管道的安全运行产生隐患。限
于财力、人力、物力, 不可能也没有必要对所有超缺陷管道极限载荷分析
标缺陷管道均进行更换或返修, 因此, 对含凹坑缺
陷石油管道的剩余极限强度分析及相应的安全评估管道的凹坑缺陷分为内缺陷和外缺陷, 凹坑的
方法的研究成为世界各国普遍关注和迫切需要解决形状也是千变万化, 这里, 主要针对椭球形凹坑进
的重大课题。行分析, 图 1、图 2 表示含有内外凹坑管道的横界
目前, 国际上主要采用极限分析方法, 分析管面几何形状和在塑性极限状态下含凹坑管截面的正
线所含缺陷的种类、大小以及数量, 并结合管线钢应力分布。
管材料性能、管线应力分布等特征参数, 预测结构
的极限承载能力[ 1, 2] 。管道缺陷主要分为凹坑缺陷
与裂纹缺陷, 刘应华[ 3] 采用数值的方法分析含凹坑
缺陷圆柱壳的极限承载压力, 取得了较好的效果;
白洁[ 4] 基于净截面破坏准则, 成功建立了含凹坑缺
陷压力管道在多项载荷作用下塑性破坏极限强度的
解析表达式; 庄传晶[ 5] 采用 ASME 的 B31G 和
API579 方法并结合实验结果, 成功预测了含表面图 1 含内表面凹坑管道横截面的几何形状
裂纹钢管的极限承载压力。笔者对含有椭球形缺陷
X 徐颖强, 副教授, 生于 1961 年, 2003 年毕业于西北工业大学固体力学专业, 获博士学位, 现从事疲劳失效分析、可靠性设计的研究
工作。地址: ( 710072) 陕西省西安市。电话: ( 029) 88493928。
( 收稿日期: 2004- 04- 23; 修改稿收到日期: 2004- 06- 20)
) 12 ) 石油机械 2004 年第 32 卷第 10 期
作, 要确定出合适的( T , P ) 区域, 于是