腐蚀管道临界剩余壁厚的有限元分析

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1、机械2007年第4期总第34卷计算机应用技术·27·腐蚀管道临界剩余壁厚的有限元分析1112魏化中，周小兵，舒安庆，帅健（1.武汉工程大学机械工程学院，湖北武汉430074；2.石油大学机电工程学院，北京102249）摘要：以含轴向腐蚀缺陷压力管道的最小允许壁厚为研究对象，应用大型通用有限元分析软件－ANSYS的OPT优化设计模块，建立有限元模型，进行非线性有限元分析。并以国外公开发表的实验模型为算例，得到与实验数据相近的结果，验证了有限元分析的准确性。关键词：腐蚀管道；轴向缺陷；临界壁厚；有限元分析；OPT中图分类号：O

2、242.21文献标识码：A文章编号：1006－0316（2007）04－0027－03Fineteelementanalysisofcriticalresidualwallthicknessofcorrodedpipeline111WEIHua-zhong，ZHOUXiao-bing，SHUAn-qing，SHUAIJian（，1.SchoolofMechanicalEngineeringWuhanInstituteofTechnology，，Wuhan430074China;2.CollegeofMechanicalan

3、dElectricalEngineering，PetroleumUniversityofChina，，Beijing102249China）Abstract：Inordertocalculatethecriticalresidualwallthicknessofcorrodedpipelineincludinglongitudinaldefect,Thepapertakesitastheresearchobject,appliestheoptimizationmoduleofthegeneralfiniteelements

4、oftware—ANSYS,setupfiniteelementmodels,carryonnonlinearfiniteelementanalysis.Bythevalidationofforeignexperimentaldate,Itcanprovideaccurateprediction.Keywords：corrodedpipeline；；longitudinaldefectcriticalwallthickness；finiteelementanalysis；OPT由于压力管道穿越地域广阔、服役环境复杂，式中：

5、T为管道壁厚门槛值；P为运行压力；D为min以及输送介质的特殊性，因而会在管道内外壁大量管外径；σ为材料屈服强度。地出现腐蚀缺陷。腐蚀造成的直接结果是管道的壁如果需要考虑设计系数和焊接系数，可以除以厚减薄，当壁厚减少到一定程度时，剩余的管壁金这些系数，得到的壁厚门槛值更小。由于该式只考属再也不能承受管道的实际工作载荷而失效，这一虑了管材的弹性范围，且没有考虑未腐蚀区域的影程度下的剩余壁厚就是腐蚀管道允许的临界剩余壁响，计算所得值较保守。实践证明有限元方法是预[2]厚。腐蚀管线临界剩余壁厚值的确定是剩余寿命预测腐蚀管线剩余强

6、度的一种有效工具。用计算机测必须解决的问题。腐蚀管线临界剩余壁厚是管道辅助过程分析软件ANSYS系统，对腐蚀管线的临安全与失效的分界线。在该剩余壁厚下，管道工作界剩余壁厚进行非线性有限元分析。应力达到了极限状态，剩余壁厚再减小，就会穿孔1有限元模型泄漏失效，到达有效使用寿命，而高于该值腐蚀管道则是安全的。管道上某处发生腐蚀，只对其周围部分的应力工程上壁厚临界值一般是根据管道材料强度、产生影响，所以只对带有腐蚀缺陷的管段进行分析。外径、运行压力等参数计算的维持正常工作时的最主要研究带轴向沟槽缺陷的管道，腐蚀区域内剩余[1]小

7、壁厚，可以采用Barlow公式计算。壁厚基本相同，由于管道为三维立体结构，建模是PDTmin=（1）应选取三维结构，但是为了建模以及有限元分析的2σ方便，在建立模型时，在不影响计算结果的前提下，———————————————收稿日期：2006－11－06作者简介：魏化中（1955－），男，湖北武汉人，副教授，研究方向为化工机械与设备。·28·计算机应用技术机械2007年第4期总第34卷使腐蚀缺陷变成圆周腐蚀，这样就可以把管道简化n'2f=()（2）为轴对称的二维平板问题。选取PLANE82为单元1/+WDπ类型，考虑其对称

8、性，采用智能划分网格单元，构式中：W为轴向腐蚀的宽度（W=0是裂纹情况，W=建参数化有限元模型，如图1所示，其中未腐蚀管πD是圆周腐蚀情况）；n'是材料的强化参数。壁的长度足够长，远大于2.5倍的边缘应力衰减长分析中带腐蚀缺陷的模型被假定是规则的，只度。考虑了有限长度的管段，并且把三维问题简化成平面问题