[發明專利]管道安全斷裂韌度的確定方法及裝置

在審

• 申請號: 202110691697.1
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113720678A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王垚;王海濤;熊道英;李仕力;何勇君
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國特種設備檢測研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G06F17/15
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 施磊;吳昊

本發明提供了一種管道安全斷裂韌度的確定方法、裝置、存儲介質及電子設備，涉及管道設計與完整性評估技術領域，所述方法包括：獲取所述管道在其裂紋尺寸達到預設尺寸閾值時的裂紋尖端應力強度因子；其中，所述預設尺寸閾值基于所述管道的設計工況確定；確定所述管道在其裂紋尺寸達到所述預設尺寸閾值時的安全斷裂比；基于所述裂紋尖端應力強度因子和所述安全斷裂比，確定所述管道的安全斷裂韌度。本發明提供的技術方案，能夠簡單、準確地確定管道安全斷裂韌度。

技術領域

本發明涉及管道設計與完整性評估技術領域，特別地涉及一種管道安全斷裂韌度的確定方法及裝置。

背景技術

腐蝕和斷裂是管道服役的兩種主要的損傷模式，腐蝕使管道的壁厚減薄，承壓能力降低，腐蝕部位往往成為服役過程中萌生裂紋的部位，裂紋脆性擴展就會導致管道突然斷裂失效，造成重大的經濟損失甚至人身傷害。因此，在管道安全性方面，應重點防止裂紋類缺陷引起的斷裂失效，同時應考慮腐蝕損傷對其產生的影響。

裂紋的脆性擴展與裂紋尖端的應力應變狀態有關，而管道壁厚對裂紋尖端的應力應變狀態影響很大。當壁厚由薄向厚轉變時，裂紋尖端的應力場逐漸由平面應力轉向平面應變狀態，裂紋尖端常處于三向受拉狀態，對應變的約束高，塑性變形受到限制，使材料產生“脆化”，從而導致脆性破壞的發生。已有研究結果表明，當試樣厚度較小時，試樣裂紋尖端處于平面應力狀態，具有較大的斷裂韌度。隨著試樣厚度的增加，平面應力狀態向平面應變狀態過渡，材料的斷裂韌度將逐漸減小。在試樣厚度超過一個臨界厚度之后，材料將完全處于平面應變狀態，材料的斷裂韌度將不再隨著厚度變化，最終趨于一個恒定的較低極限值，這個常數就是材料的平面應變斷裂韌度K_Ic，它代表著材料斷裂韌度的下限。

目前，平面應變斷裂韌度在材料的斷裂控制方面已經得到了廣泛的應用。管道在設計工況下裂紋達到允許的最大尺寸時的裂紋尖端應力強度因子K_I必須小于或者等于管道的安全斷裂韌度K_s，才能防止裂紋脆性擴展的發生，即：

K_I≤K_s，

K_s＝Φ·K_Ic(0＜Φ≤1)

上式中K_Ic為材料的平面應變斷裂韌度；Φ為安全系數，是一個設計常數。

因此，確定管道的安全斷裂韌度必須首先測定所選材料的平面應變斷裂韌度。但是，材料平面應變斷裂韌度的測試要求試樣尺寸滿足平面應變或小應變條件。對于目前管道廣泛應用的延性金屬來說，要達到這些條件就需要巨型試樣和高噸位的試驗機，耗費很大，甚至有可能無法制備滿足尺寸要求的試樣。

此外，上述管道安全斷裂韌度的確定方法只考慮了斷裂失效模式，而未考慮腐蝕條件影響下的強度因素控制的塑形變形失效模式。

綜上所述，在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：本領域目前還沒有一套簡單易行、且準確的管道安全斷裂韌度的確定方法。

發明內容

針對上述現有技術中的問題，本申請提出了一種管道安全斷裂韌度的確定方法及裝置，能夠簡單、準確地確定管道安全斷裂韌度。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種管道安全斷裂韌度的確定方法，所述方法包括：

獲取所述管道在其裂紋尺寸達到預設尺寸閾值時的裂紋尖端應力強度因子；其中，所述預設尺寸閾值基于所述管道的設計工況確定；

確定所述管道在其裂紋尺寸達到所述預設尺寸閾值時的安全斷裂比；

基于所述裂紋尖端應力強度因子和所述安全斷裂比，確定所述管道的安全斷裂韌度。

優選地，采用以下表達式確定所述管道的安全斷裂韌度：