【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气输送管道变形/断裂评估，涉及一种在役管道拉伸变形能力的预测方法。
技术介绍
1、一般情况下管道失效是由载荷控制的失效，采用的是基于应力极限的设计准则，但是对于在地震、泥石流、滑坡等地质灾害多发区、冻土带及海底等恶劣环境下铺设的管线，其所受载荷大小无法控制，而变形也只有在位移达到了一定程度后才会停止，此时载荷是受位移或应变控制的。在这种情况下单纯采用应力极限准则进行设计已无法保证管线的安全，必须采用应变极限准则，即管线的设计应变必须小于管线的变形能力。这就是管道的基于应变设计理念，常常用于地震、冻土、海洋等环境服役的管道设计。对基于应变设计的管道，常常会要求其环焊缝具有高强度匹配、高韧性(完全延性行为，或者在服役温度下处于韧脆转变的上平台)，并在此基础上，通过对环焊缝存在最大允许缺陷且受拉伸变形时的断裂驱动力进行计算，同时对比断裂阻力(断裂韧性或撕裂阻力曲线)，进行拉伸应变能力的评估预测。
2、管线的应变能力一方面与管线钢管的几何因素有关，如管体的外径与壁厚、环焊缝错边量，另一方面是与材料性能的关系，如管体和焊缝的强度、形变强化指数、断裂韧性等。工程上一般将含缺陷环焊缝达到拉伸失效极限时的管道远端应变，作为管道的拉伸应变能力。
3、近年来，由于地质灾害风险的作用，在役管道也会发生应变诱发的失效问题。这就要求对在役管道也进行拉伸应变能力的量化评估，以进行管道变形时的安全预警，并为地质灾害治理提供目标和依据。由于一般在役管道没有基于应变设计的要求，因此往往存在大量低强度匹配的环焊缝，断裂韧性也
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，通过几何参数、拉伸性能和断裂韧性参数，结合服役条件，快速确定在役管道及环焊接头的拉伸应变能力的评估值。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，包括，
4、通过管道拉伸试验获得管道及环焊缝不同区域的拉伸应力应变关系，从而获得管道的不同区域拉伸性能；
5、根据管道和环焊接头的相关参数建立含缺陷的环焊缝有限元分析模型；所述环焊缝有限元分析模型中包含最大允许缺陷；
6、通过在含缺陷的环焊缝有限元分析模型中引入管道的不同区域拉伸性能，再对含缺陷的环焊缝有限元分析模型进行分析，在分析中对管道的施加拉伸变形，获得裂纹扩展过程中断裂驱动力信息；
7、根据断裂驱动力信息，结合管道环焊缝的不同水平断裂韧性指标，获得管道的几何特征和材料性能不同条件下的拉伸应变能力数据库；
8、根据拉伸应变能力数据库，通过多元网格插值的方法，对不同参数工况下的管道进行拉伸应变能力的预测评估。
9、优选的，所述获得管道的拉伸性能的具体过程为：
10、在管道上取纵向试样，通过拉伸试验获得管道的工程应力-应变曲线，获得管道的拉伸应力应变关系，从而获得管道的拉伸性能；所述纵向试样的规格为标距内宽度38.1mm，标距长度50.8mm。
11、优选的，建立含缺陷的环焊缝有限元分析模型的具体过程为：
12、将管道和环焊接头的相关参数中的每个参数选择多个代表性值，结合不等壁厚的环焊接头之间的各壁厚组合的代表值，联立建立含缺陷的环焊缝有限元分析模型；
13、所述管道和环焊接头的相关参数包括管道和环焊缝的性能参数，几何特征以及缺陷参数；
14、所述管道和环焊接头的性能参数包括管道和环焊缝的表观韧性，管体和焊缝金属的强度及匹配关系和热影响区软化度；
15、所述管道和环焊缝的几何特征包括管道外径，管道壁厚，环焊缝的错边量以及缺陷尺寸，所述管道壁厚包括环焊接头的不等壁厚。
16、优选的，所述缺陷尺寸包括盖面宽度，盖面焊高度，根焊高度，根焊宽度，haz宽度和坡口角度。
17、优选的，所述获得裂纹扩展过程中断裂驱动力信息的具体过程为：
18、根据管道的缺陷、载荷水平及材料性能，通过对含缺陷的环焊缝有限元模型进行拉伸变形分析，在分析中对管道施加轴向拉伸变形，获得管道焊缝缺陷的裂纹尖端张开位移数据及其与管道的拉伸应变的关系，从而获得环焊缝断裂驱动力的表征，通过设置纵坐标为裂纹尖端张开位移表达的断裂驱动力，横坐标为管道的拉伸应变，获得裂纹扩展过程中管道焊缝断裂驱动力曲线信息。
19、优选的，所述载荷水平包括管道所承受的内部压力，所述材料性能包括管道的屈服强度、抗拉强度以及热影响区软化度。
20、优选的，所述材料断裂韧性指标值通过不同条件下焊缝金属的表观韧性表征得到。
21、优选的，将管道焊缝断裂驱动力数据和材料断裂韧性指标值结合，通过不同参数条件下的管道焊缝的断裂驱动力的曲线与表观韧性之间的交点值获得管道的拉伸应变能力的数据。
22、优选的，根据多元网格插值的方法，不同参数工况的管道进行拉伸应变能力的评估预测的具体过程为：
23、通过管道的特定工况参数对管道的拉伸应变能力的结果进行线性网格插值，再对管道和环焊接头的相关参数进行归一化处理，将归一化处理后的管道和环焊接头的相关参数与线性网格插值结合进行网格空间构建应变容量计算的多元线性插值函数，具体公式为：
24、tsc＝f(fp,ξ,α,η,δa,λ)
25、其中，δa表示断裂韧性水平，λ表示热影响区软化度，fp为管道的压力系数，ξ为管道母材屈强比，α为归一化的不等壁厚差，η为归一化的错边量；tsc为应变容量；
26、所述管道的特定工况参数包括管道壁厚、表观韧性、环焊缝错边量、热影响区软化度、焊缝金属匹配度和内压参数。
27、优选的，所述归一化处理后的管道和环焊接头的相关参数，包括：
28、管材的压力系数为fp＝pdd/2tminσy；
29、管道母材屈强比为ξ＝σy/σb；
30、环焊接头的不等壁厚差值为α＝(tmax-tmin)/tmin；
31、环焊缝的错边量为η＝δ/tmin；
32、其中，fp为管道的压力系数，pd为管道的运行压力，d为管道直径，tmin为环焊接头的最小壁厚，tmax为环焊接头的最大壁厚，ξ为管道母材屈强比，σy为管道母材屈服强度，σb为管道母材抗拉强度，α为归一化的不等壁厚差，η为归一化的错边量，δ为错边量。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
34、本专利技术提供一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，通过管道拉伸试验获得管道的工程应力-应变曲线，获得管道的拉伸应变；根据管道和环焊接头的相关参数建立环焊缝有限元分析模型；通过环焊缝有限元分析模型和管道的拉伸应变，结合管道的材料性能及载荷，建立断裂驱动力数据信息库；根据断裂驱动力数据信息库，结合管道材料的断裂韧性指标，获得不同管道和环焊接头几何和材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述获得管道的拉伸性能的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，建立含缺陷的环焊缝有限元分析模型的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述缺陷尺寸包括盖面宽度，盖面焊高度，根焊高度，根焊宽度，HAZ宽度和坡口角度。
5.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述获得裂纹扩展过程中断裂驱动力信息的具体过程为：
6.根据权利要求5所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述载荷水平包括管道所承受的内部压力，所述材料性能包括管道的屈服强度、抗拉强度以及热影响区软化度。
7.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述材料断裂韧性指标值通过不同条件下焊缝金属的表观韧性表征得到。
8.根据权利要求7所述的一种在役
9.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，根据多元网格插值的方法，不同参数工况的管道进行拉伸应变能力的评估预测的具体过程为：
10.根据权利要求9所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述归一化处理后的管道和环焊接头的相关参数，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述获得管道的拉伸性能的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，建立含缺陷的环焊缝有限元分析模型的具体过程为：
4.根据权利要求3所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述缺陷尺寸包括盖面宽度，盖面焊高度，根焊高度，根焊宽度，haz宽度和坡口角度。
5.根据权利要求1所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述获得裂纹扩展过程中断裂驱动力信息的具体过程为：
6.根据权利要求5所述的一种在役管道拉伸变形能力的预测方法，其特征在于，所述载荷水平包括管道所承受的内部压力，所述材...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏远，高雄雄，王磊，杨坤，池强，霍春勇，王鹏，胡美娟，贾君君，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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