STRAIN CAPACITY PREDICTION FOR STRAIN-BASED PIPELINE DESIGNS

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1、基于应变设计管线的应变能力的预测摘要：本文主要涉及比较最近发展的预测拉伸应变能力方程的比较和强调应用中的潜在问题。因为方程不能涵盖所有影响应变能力的因素，目前，总结为大规模测试结果是最基础的，宽板弯曲测试是一个十分有效的测试方法，它能够估计有缺陷管件环焊处的应变能力。关键词：基于应变设计；方程；预测；焊接强度错配度；宽板弯曲测试简介当环焊在强度方面进行匹配或者过度匹配时，在轴向拉伸载荷下管线钢中轴向应变可以很容易地被确认。当环焊裂纹产生时，应变能力不仅仅由材料和几何因素决定。大量的研究和密闭全尺寸拉伸测试显示一但达到韧性失效的临界值，

2、一下的变量将影响应变能力：l撕裂抗力l焊接强度错配度l管线钢均匀应变能力l管线和焊接金属的屈强比l裂纹位置和尺寸（长度和高度）l裂纹高度和壁厚比l高-低焊接位错l内应力这就解释了应变能力的预测是一项挑战，不仅仅是因为涉及到许多变量因素，还有就是因为这些要素之间复杂的相互作用。大规模测试显示出实际的材料性能决定应变的能力，因为带有裂纹焊件的轴向屈服应力-应变反应有管件的最薄弱处决定。另一件需要被强调的潜在问题与应力-应变曲线形状影响有关，关于动力与撕裂抗力。需要指出的是，关键材料因素（撕裂抗力、焊接强度错配度、均匀伸长率）和关键几何因素

3、（位错和壁厚）对于自然离散具有独立性。更需要注意的是，探伤和缺陷尺寸高度依赖操作者的技能，尤其是在一个小的裂纹与高-低位错混合在一起的时候。本文主要涉及比较最近发展的预测拉伸应变能力方程的比较和强调应用中的潜在问题，强调他们在应用中潜在的问题。应变能力预测方法一些预测应变能力的方法已经提出或者正处于发展状态。本文主要关注实验验证埃克森美孚(EM)和根特大学(UGent)提出的方法。EM方法的应变能力方程运用许多实验和全尺寸拉伸试验结果，EM基于应变能力预测方法（EM命名为L3）开发出创新的有限元分析，它可以作为管线金属屈强比、管线金属

4、均匀伸长率、最终拉伸应力下焊接过匹配度、优化后单边缺口下撕裂抗力、裂纹深度、裂纹高度，管线钢壁厚和内应力的函数来预测拉伸应变能力，方法L3相当于延性撕裂抗力和失败的驱动力。标准韧性测试和单边缺口测试用来提供夏比和CTOD韧性（脆性开裂抗力）和撕裂抗力的信息。驱动力分析来自于三维有限元分析。为了促进分析三维有限元分析，对假设进行了简化，这是十分有趣的。例如，在管线环焊的两侧具有相同的拉伸性能（此类焊件被称为“实验室”焊件）。此外，管线钢金属轴向屈服应力-应变曲线反应被建模，模拟手动调整Ramberg-Osgood（R-O）应力应变曲线拟

5、合，而强度和均匀伸长率的变化的模拟移动（沿应力轴）和拉伸或收缩（沿着应变轴）的“基础或平行”R-O应力-应变曲线。但是方法L3分析中假设和简化的精确度已经被证实，那是通过比较有限元分析预测和50次全尺寸拉伸试验结果证实，全尺寸试验涉及到不同等级的管线钢（X60-X80），壁厚（12.7-25.2mm），直径（8"to42"），焊接过匹配度从0%到60%和高-低位错相差达3mm。既然L3需要一个复杂的，数据计算的，加强型的三维有限元分析，EM通过介绍简化假设关键输入变量临界值发展出分析方程，被命名为L1和L2。被挑选出关键输入参量的边界

6、值在表1中列出。等式1给出了方程L1和L2的一般形式：其中ε是平均应用远程应变，a是裂纹高度，2c是裂纹长度和t是管壁厚度。X60-X70和X80的系数β1和β2的值可以从附录中获得。1EM韧性要求：EM没有具体的标准韧性要求，但是，EM方法暗含假设焊件/管件的所有材料（管线主体、焊接金属和焊接热影响区）都是抗脆性断裂夏比缺口和CTOD韧性测试用来确认延性行为。但是，由于EM使用优化后的单边缺口拉伸测试来测量延性撕裂抗力（R曲线），可以预测出最小（默认）R曲线要求ä=0.9，η=0.5才能保证延性材料的行为。2UGent夏比韧性要求：

7、低焊接金属错配度推荐要求60/80J3管线金属屈强比：UGent推荐限制其评价值在0.9。但是，当预测试验使用大尺寸测试时，UGent模型可以用于更高的屈强比。4Pc值：Pc值的范围从0.5~0.8。这是因为Pc值的决定因素为强度错配度，轴向和周向拉伸性能的差异，实际的周向应力与最小屈服应力之比和实际周向应力和周向压应力之比。可以预见，持续研究的结果将会提供更多的细节信息。5裂纹高度：UGent将h/t评价值限制小于0.3这个限制反映出的事实就是80%的宽板弯曲测试都是在h/t评价值为0.15~0.3的条件下得到的结果。对于0.3提出

8、的限制并不排除那些h/t评价值高于0.3的情况。但是，在这种情况下，还需进行试验验证。EM允许的最大裂纹高度为5mm。这个限制允许薄壁管线的h/t评价值达0.349(=5/14.3)6强度错配因素：MFS间接整合了环焊区