腐蚀管道在内压和轴向压力影响下的弯曲破坏 - 海洋工程.pdf

第３４卷第６期 海 洋 工 程 Ｖｏｌ. ３４ Ｎｏ. ６ ２０１６年１１月 ＴＨＥ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏｖ. ２０１６ 　 　 文章编号:１００５￣９８６５(２０１６)０６￣００７４￣０９ 腐蚀管道在内压和轴向压力影响下的弯曲破坏 高　 杰ꎬ李　 昕ꎬ周　 晶 (大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室ꎬ辽宁 大连　 １１６０２４) 摘　 要:运行在恶劣环境中的海底管道ꎬ往往受到内压、轴力和弯矩等复杂荷载的联合作用ꎮ 腐蚀会导致管壁局部变薄ꎬ降低 管道极限承载力ꎮ 为保证管道安全高效运行ꎬ准确预测和分析复杂荷载作用下的塑性极限承载力和变形行为就显得尤为重 要ꎮ 考虑大应变和大变形、应力强化和材料非线性ꎬ运用数值仿真软件建立腐蚀缺陷管道的三维实体有限元模型ꎬ在全尺寸 管道破坏试验验证的基础上ꎬ对腐蚀管道在内压、轴向压力和弯矩相互作用下的失效模式和极限弯矩承载力进行了相关研 究ꎬ并进行了腐蚀缺陷几何参数的敏感性分析ꎮ 研究结果表明:初始内压和初始轴向压力会显著降低腐蚀管道的极限弯矩承 载力ꎬ并且影响最终的失效模式ꎻ在腐蚀缺陷几何尺寸参数中ꎬ腐蚀宽度比腐蚀深度和腐蚀长度的影响更大ꎮ 关键词:钢质管道ꎻ腐蚀缺陷ꎻ数值仿真ꎻ复杂荷载ꎻ失效模式ꎻ极限承载力 中图分类号:Ｐ７５６.２ꎻＴＥ９７３　 　 　 文献标志码:Ａ　 　 　 ＤＯＩ:１０.１６４８３/ ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０１６.０６.００９ Ｂｅｎｄｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｄｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ＧＡＯＪｉｅꎬＬＩ ＸｉｎꎬＺＨＯＵＪｉｎｇ (Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｓｔａｌ ａｎｄ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＤａｌｉａｎ １１６０２４ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｏｆｆｓｈｏｒｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｈａｒｓｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｅｕｓｕａｌｌｙ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆ ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｎｄａｘｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎｔｏ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ. Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｗｉｌｌ ｌｅａｄｔｏｌｏｃａｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｐｉｐｅｗａｌｌꎬｔｈｕｓꎬｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ. Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｌａｒｇｅ ｓｔｒａｉｎｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓꎬ ｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙꎬ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ (ＦＥ) ａｎａｌｙｓｅｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｄｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ｏｕｔｓｉｄｅ ｌｏｃａｌｌｙ￣ｔｈｉｎｎｅｄ￣ａｒｅａｓ (ＬＴＡｓ) ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅꎬ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ.Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｅｓａｒｅｔｈｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｓｕｃｈ ａｓｗａｌｌ￣ｔｈｉｎｎｅｄ ｄｅｐｔｈꎬｗａｌｌ￣ｔｈｉｎｎｅｄａｎｇｌｅａｎｄｗａｌｌ￣ｔｈｉｎｎｅｄｌｅｎｇｔｈ