管道小尺寸缺陷损伤的仿真模拟研究

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1、第48卷第4期化工设备与管道Ve1．48No．42011年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug．2011·管道与管件·管道小尺寸缺陷损伤的仿真模拟研究孟庆武，于心泷，叶卫东，万家瑰(东北石油大学，黑龙江大庆163318)摘要：为了分析评价小尺寸缺陷形态对大口径管道承压能力的影响，利用ANSYS有限元法对承受一定内压力的带有小尺寸缺陷的管道应力水平进行了模拟分析，计算分析结果表明：随着缺陷长度的增加、缺陷宽度的减小或者缺陷深度的增加，管体的最大应力值增加，缺陷深度的影响程度远大于缺陷长度和宽度，而且缺陷长度顺着管道轴向方向分布时的管体应力值最大。关键词：管道；小尺

2、寸缺陷；承压能力；ANSYS；有限元中图分类号：TQ055．8l；TH140文献标识码：A文章编号：1009—3281(2011)04-0043-03SimulationResearchforSmallDefectinPipelineMENGQing-WU，YUXin-long，YEWei·dong，WANJia—gui(NortheastPetroleumUnivemity，Daqing163318，China)Abstract：Inordertoanalyzeandevaluatetheinfluenceofsmallsizedefecttothepressurebearing

3、capacityoflargediameterpiping，ANSYSwasappliedtocarryoutthesimulationandtoanalyzethestressesinthepipewithsmallsizedefectandsubjectedtointernalpressure．Itwasshownintheresultthatwiththeincreaseofthedefectlength，thedecreaseofthedefectwidthandincreaseofthede—feetdepth，themaximumstressinpipewillincr

4、ease．However，theinfluenceofdefectdepthisnluehlargerthanthatofdefectlengthandwidth．Moreover，whenthelengthofdefectisalongtheaxialofpipe，thestressinpipereachesthemaximumvalue．Keywords：piping；smallsizedefect；pressurebearingcapacity；ANSYS；finiteelementmethod随着输油和输气管道投产运行年限的增加，大口为腐蚀坑，腐蚀坑的形态特点为中间区域较深

5、而到径管道的管体腐蚀程度不断加剧¨。。对于大面积腐边缘逐渐变浅的椭球坑，因此，在管道模型外壁上建蚀缺陷和整体均匀腐蚀来说，相关的管道检测和评估立出椭球长轴与管线轴线方向成一定角度的椭球坑标准以及一些工程应用积累的经验公式可以比较准模型，如图1所示。椭球坑的长轴、短轴以及切人壁确地计算出管道的承压能力。而对于小面积的腐厚深度分别对应实际腐蚀坑的长度、宽度和深度。蚀缺陷和施工损伤缺陷，缺陷的尺寸变化以及形态取向对于管道承压能力的影响有待于进一步研究_8。。L⋯——￡．J—一⋯——．本文以377mill大口径管道为例，建立模拟小尺寸缺陷形态的有限元模型，计算分析小尺寸缺陷对管道承压能力的

6、影响，为大口径管道的运行和修复提供工程产参考，并为管道的完整性评价提供指导。b有限元模型图1带有小尺寸椭球坑缺陷的管道模型1管道小尺寸缺陷的仿真模型建立2缺陷尺寸对管道承压能力的影响分析以常用大口径管道为研究样本。管道材质为API5LX52，弹性模量E=210GPa，泊松比=0．3。2．1不同缺陷长度的管道承压能力管道外径377mln，管道壁厚6．4InlTl，管道设计压力建立缺陷深度2inn、宽度25ITlm、不同缺陷长6．4MPa。大口径管道本体建模为一个圆筒体，管收稿日期：2011-06-08道承受内部输送介质的压力作用，在管道模型内壁基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目

7、资助(编号施加内压力。由于输油管道的长度远远大于其直11551001)。径，考虑带缺陷管段没有轴向位移，在管段模型的两作者简介：孟庆武(1968一)，男，黑龙江大庆人，教授，博士后。主要从事石油化工设备失效分析与预防研究。端施加全约束。考虑到管道外壁的小尺寸缺陷多数2011年8月孟庆武，等．管道J、尺寸缺陷损伤的仿真模拟研究·45·取向缺陷的变化规律。管体的最大应力值增大，但增大的幅度较小。分别计算缺陷方向与管体轴线夹角为0。、15。、30。、(2)随着小尺寸缺陷深度