含相互作用裂纹海洋立管疲劳寿命数值分析

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1、第26卷第1期甘肃科学学报V01．26No．12014年2月JournalofGansuSciencesFeb．2O14含相互作用裂纹海洋立管疲劳寿命数值分析杨文亮，柴宝堆，谈灵敏，周涛(1．兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050；2．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州730070)摘要：采用ANSYS有限元软件计算含不同尺寸裂纹的海洋立管在内压和波浪力共同作用下的疲劳寿命，分析了海洋立管的疲劳寿命随裂纹几何参数的变化规律．发现对于深度a一5mIFi长度变化的裂纹，海洋立管的疲劳寿命随

2、着裂纹夹角的增大逐渐减小；当裂纹之间的夹角从1O。增加到50。时，疲劳寿命随裂纹长度的增加而减小的程度趋于平缓，即两裂纹之间的夹角对海洋立管疲劳寿命的影响随着裂纹夹角的增大而逐渐减弱．关键词：海洋立管；相互作用裂纹；疲劳寿命中图分类号：TE952文献标志码：A文章编号：1004—0366(2014)01—0091—04海洋立管是海洋油气开采系统的重要部件，其N一丽Ca(c-(20×go·(2)△K)一n‘⋯下端一般与海底油井管口的方向节相连，上端则与海洋平台的滑移节或钻探船舶等相连¨1]．作为连接采用

3、ANSYS有限元软件进行相互作用下的裂海洋平台和海底设备的导管，海洋立管是石油开发纹对海洋立管疲劳寿命影响的数值分析的基本思中油气运输的关键构件，同时也是薄弱易损的构件路：首先建立含裂纹海洋立管的有限元模型并进行之一．海洋立管在受到外部载荷作用或因内外温度网格划分，定义材料的疲劳特性，然后施加载荷和约的差别，会产生一些表面的裂纹[2]．这些裂纹海流束条件并进行分析，提取相应的应力应变结果，基于及波浪载荷的共同作用下会发生断裂、疲劳破坏等，S—N曲线和Miner线性累积损伤准则对含裂纹海洋轻则引起破损，

4、重则停产，油气泄漏还会导致火灾和立管的疲劳寿命进行计算，最后分析海洋立管的疲爆炸事故，不仅会对海洋工程本身造成破坏，而且可劳寿命随裂纹几何参数的变化规律．能产生严重的次生灾害．因此，需要对含裂纹缺陷海1数值分析洋立管的疲劳寿命进行分析．目前对管道表面裂纹扩展的分析一般采用断裂海洋立管外径D一324mm，厚度￡一16mm，弹力学理论，Newman研究结果表明，可以采用Paris性模量E一2．0×10MPa，屈服强度一420MPa，公式估算含外表面裂纹管道的疲劳寿命最小抗拉强度：520MPa，泊松比v一0

5、．3，我们针da／dN—C(△K)，(1)对某一特定海况进行计算，选用的波浪参数如下：波其中：如为裂纹扩展增量；dN为载荷循环次数；高H一8．3m，周期T一10．6s，海洋立管受内压／N为裂纹扩展速率，单位：ram／次；C为ParisP一10MPa，按照莫里森方程计算海洋立管受到的系数；AK为裂纹尖端应力强度因子变化量，单位：波浪载荷．MPa·m；m为应力强度因子指数．1．1模型建立及网格划分将Paris公式转换成积分式，根据含缺陷压力容研究的是由内压和波浪力在海洋立管中引起的器安全评定标准[8中所采

6、用的疲劳评定公式，则可交变应力对海洋立管疲劳寿命的影响，建立力学分以采用式(2)来估算含裂纹海洋立管的疲劳剩余寿析模型时，只取海洋立管受波浪载荷作用比较明显命，即的一部分作为研究对象．由于管道的结构对称，为了收稿日期：2013-04—09基金项目：国家质检公益基金(201210026)作者简介：杨文亮(1986)，男，甘肃定西人，硕士，主要研究方向为承压类设备安全．E—mail：yuhtk@126．com第26卷杨文亮等：含相互作用裂纹海洋立管疲劳寿命数值分析932．1相互作用裂纹疲劳寿命随长度的变化

7、管疲劳寿命的影响很小两个相互作用裂纹的裂纹深度“一5mm，裂纹20O()()长度2c为60mm、80mm、100mm时，进行数值分析后得到，当裂纹长度为2c一60mm，裂纹间夹角15()()一10。时疲劳寿命次数可达1．9×10．随着裂纹长度的增加，当裂纹长度2c一1O0mm时，裂纹问夹角一10。，此时的疲劳寿命次数只有1．2×10．当裂纹长度一定，即裂纹长度2c一80mm时，裂纹间夹角臼在1O。～50。之间变化，疲劳寿命次数从1．5×10减小到1．0×10．海洋立管疲劳寿命随裂纹夹角的变IIJJJ4

8、IJhlJ化规律如图4所示．裂纹之『日J的夹角)◆a=5mill●a=6illm▲a=7film2500()图5裂纹深度变化时疲劳寿命随裂纹夹角的变化2Il001)Fig．5Fatiguelifeinthedepthchangeswith＼嬗靛O5theanglechangeofthecracks15()00据海洋立管含相互作用的环向裂纹时，波浪力的怅10000方向不变，即波浪力的方向与裂纹夹角的角平分线5ll()()方向一致，随着裂纹夹角的增大，裂纹处