[發(fā)明專利]含環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫復(fù)合管工程臨界評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910344021.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN111859722B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐連勇;趙曉鑫;荊洪陽;韓永典;呂小青;趙雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/04
• 代理公司: 天津創(chuàng)智睿誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發(fā)明公開了一種含有環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫海底冶金復(fù)合管工程臨界評(píng)估解析方法。通過大量有限元計(jì)算比較Jsubgt;上/subgt;和Jsubgt;下/subgt;之間的關(guān)系，提出了歸一化安全系數(shù)1.2，得到了裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力最大值與Jsubgt;下/subgt;之間的關(guān)系：Jsubgt;最大/subgt;＝1.2Jsubgt;下/subgt;。同時(shí)結(jié)合斷裂響應(yīng)J/σsubgt;0/subgt;t和應(yīng)變?chǔ)舠ubgt;n/subgt;之間的線性關(guān)系：J/σsubgt;0/subgt;t＝fεsubgt;n/subgt;，最終得到Jsubgt;最大/subgt;/σsubgt;0/subgt;t＝1.2fεsubgt;n/subgt;。將不同管道參量條件下的f值通過大量回歸分析求解，并得到參量f的經(jīng)驗(yàn)公式。從而得到了裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力Jsubgt;最大/subgt;的解析方程，實(shí)現(xiàn)了含有環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫復(fù)合管的工程臨界評(píng)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含有環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫海底冶金復(fù)合管工程臨界評(píng)估解析方法。

背景技術(shù)

由于陸地石化資源的過渡開采，現(xiàn)有資源已經(jīng)難以滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)生產(chǎn)需要。油氣開發(fā)已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向海底資源，并且有著從淺海到深海擴(kuò)大的趨勢(shì)。然而由于深海環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，深海油氣開發(fā)仍有很多難以解決的問題。考慮到深海油氣運(yùn)輸常伴有腐蝕性介質(zhì)，因此工業(yè)上常采用含有冶金耐腐蝕內(nèi)襯層的復(fù)合管作為深海油氣運(yùn)輸?shù)妮d體。對(duì)于幾千米深度的海底，必須通過焊接技術(shù)將復(fù)合管逐根連接，然后進(jìn)行鋪設(shè)。目前，卷管鋪設(shè)法作為常用的鋪管技術(shù)之一有著陸上焊接，離岸鋪設(shè)的優(yōu)勢(shì)。相比較S型鋪設(shè)和J型鋪設(shè)，卷管鋪設(shè)法不需要離岸焊接，因此可以在較好的焊接條件下連接各管段，能夠保障較優(yōu)的焊接質(zhì)量并且鋪設(shè)效率更高。數(shù)米管段經(jīng)過焊接后連接成數(shù)千米的管線，然后纏繞到大型卷輥上。在鋪設(shè)地點(diǎn)經(jīng)過解卷、校直等過程實(shí)現(xiàn)鋪設(shè)。然而在卷管鋪設(shè)以及服役過程中，管道會(huì)受到較大的塑性應(yīng)變。同時(shí)由于焊接過程中往往會(huì)產(chǎn)生未熔合、未焊透、裂紋等危害性缺陷。這些缺陷有些可以通過無損檢測(cè)檢出并通過返修補(bǔ)救，有些由于無損檢測(cè)技術(shù)精度或原理的限制，部分微小缺陷會(huì)漏檢，或即使檢出，卻不滿足返修條件。因此只有對(duì)管道進(jìn)行工程臨界評(píng)估，基于合乎使用原則才能確保整個(gè)海底油氣輸送過程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

目前大部分管道工程臨界評(píng)估方法都是集中在環(huán)向表面裂紋。對(duì)于埋藏裂紋的評(píng)估，挪威船級(jí)社DNV-RP-F108標(biāo)準(zhǔn)給出了將埋藏裂紋簡(jiǎn)化等效為表面裂紋的方法。然而有學(xué)者研究表明這樣的簡(jiǎn)化方法會(huì)得到過于保守的評(píng)估結(jié)果。并且該標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮復(fù)合管內(nèi)襯層和V型坡口焊縫對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，因此直接應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)用于復(fù)合管評(píng)估是不夠準(zhǔn)確的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種含有環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫海底冶金復(fù)合管工程臨界評(píng)估解析方法。本發(fā)明基于有限元商用軟件Abaqus進(jìn)行大量計(jì)算，在建模過程中考慮了焊縫V型坡口角度、根部間隙、內(nèi)襯層以及多個(gè)管道形狀參量和埋藏裂紋的形狀與位置。對(duì)于埋藏裂紋而言，裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力的峰值點(diǎn)有上下兩個(gè)位置分別為J_上和J_下。需要選取二者中的較大值作為最終裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行評(píng)估。然而這樣需要同時(shí)計(jì)算J_上和J_下，不便于使用。本專利提出了一種將J_上和J_下兩個(gè)位置的裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力歸一化的方法。通過大量有限元計(jì)算比較J_上和J_下之間的關(guān)系，提出了歸一化安全系數(shù)1.2，得到了裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力最大值與J_下之間的關(guān)系：J_最大＝1.2J_下。同時(shí)結(jié)合斷裂響應(yīng)J/σ₀t和應(yīng)變?chǔ)?Sub>n之間的線性關(guān)系：J/σ₀t＝fε_n，最終得到J_最大/σ₀t＝1.2fε_n。將不同管道參量條件下的f值通過大量回歸分析求解，并得到參量f的經(jīng)驗(yàn)公式。從而得到了裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力J_最大的解析方程，實(shí)現(xiàn)了含有環(huán)向埋藏裂紋V型坡口焊縫復(fù)合管的工程臨界評(píng)估。