[發明專利]一種完好管道極限內壓承載力的預測方法及裝置

在審

• 申請號: 202010622918.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111859259A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 劉錦昆;李昕;馮春健;蔣習民;孫明明;劉飛;王保計;王西崗;陳同彥;楊東方;郭海濤;季文峰;彭增利;高文;宋德俊
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化石油工程技術服務有限公司;中石化石油工程設計有限公司
• 主分類號: G06F17/12
• 分類號: G06F17/12
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 關宇辰

1.一種完好管道極限內壓承載力的預測方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

步驟1：測得管道的初始壁厚t₀、管道的初始直徑D₀、管道材料的硬化指數n和管道材料的工程極限抗拉強度σ_uts；

步驟2：通過以下方程計算完好管道的極限內壓承載力的值P_pre:

式中，L(θ)為羅德角影響系數，θ為羅德角。

2.如權利要求1所述的完好管道極限內壓承載力預測方法，其特征在于，L(θ)＝0.904。

3.如權利要求1所述的完好管道極限內壓承載力預測方法，其特征在于，其中，σ_uts是管道材料的工程極限抗拉強度，σ_y是管道材料的屈服應力。

4.一種完好管道極限內壓承載力的預測方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

步驟1：依據管道受內壓的平衡條件，第一主應力σ₁及第二主應力σ₂分別為：

式(1)中σ_θ為環向應力，σ_l為軸向應力，P為瞬時內壓，D為瞬時管徑，t為瞬時壁厚；將第三主應力σ₃，也就是徑向應力σ_r簡化如下：

σ₃＝σ_r≈0 (2)

步驟2：管道第一主應變ε₁和第三主應變ε₃分別為：

式(3)中ε_θ為環向應變，ε_r為徑向應變，D₀為測得的管道的初始管徑，t₀為測得的管道的初始壁厚，針對埋地管道，軸向應變ε_l即第二主應變ε₂可忽略，從而：

ε₂＝ε_l＝0 (4)

步驟4：根據塑性變形不可壓縮原理，有：

ε₁+ε₂+ε₃＝0 (5)

因此，通過式(3)和式(4)可得：

選取冪次強化函數表征真實應力應變：

式(7)中σ_s和ε分別是單軸拉伸的真實應力和應變，σ_uts是測得的工程極限抗拉強度，σ_y是測得的屈服應力；

步驟5：利用羅德角的屈服函數表征多軸應力狀態下的屈服狀況，該屈服函數如下式：

f＝σ_M-σ_s(ε_M)L(θ) (8)

式(11)中，f為屈服函數，σ_M為Mises等效應力，L(θ)為羅德角影響系數，γ為歸一化的角參數，表征應力狀態在偏平面上分布，其中γ的高次項的作用是保證屈服面可微；J₃為偏應力張量第三不變量，θ為羅德角，n、和為材料常數；

步驟6：與多軸應力狀態下Mises等效應力相對應的應變度量為Mises等效應變，表示成下式：

假設，多軸應力應變關系服從真實應力應變冪次方程，在下列步驟中需要將多軸等效應力應變代入真實應力應變冪次方程，依據式(1)、式(2)和式(8)至式(11)，將多軸應力用σ₁表示，并且建立與真實應力σ_s的關系，可得：

同時，為了將內壓表示為一個變量，依據式(4)至式(6)和式(12)，將多軸應變ε_M與ε₁的關系，可得：

由式(1)、式(6)、式(13)至式(14)，可得：

步驟7：依據塑性失穩條件可得當時，完好管道的極限內壓承載力的值P_pre為：

5.如權利要求4所述的完好管道極限內壓承載力預測方法，其特征在于，θ＝0.174π。