鋼管在復(fù)雜荷載作用下破壞機(jī)理研究

1、鋼管在復(fù)雜荷載作用下鋼管在復(fù)雜荷載作用下破壞機(jī)理研究破壞機(jī)理研究主講人：李昕主講人：李昕建設(shè)工程學(xué)部水利工程學(xué)院建設(shè)工程學(xué)部水利工程學(xué)院20102010年年1111月月一、概述一、概述二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究六、進(jìn)一步的研究六、進(jìn)一步的研究u2009年我國(guó)對(duì)原油進(jìn)口的年我國(guó)對(duì)原油進(jìn)口的依存度達(dá)到依存度達(dá)到51%，超過(guò)，超過(guò)國(guó)際公認(rèn)的警戒線國(guó)際公認(rèn)的警

2、戒線u2009年我國(guó)海上原油開(kāi)采量超過(guò)大慶油田，達(dá)到年我國(guó)海上原油開(kāi)采量超過(guò)大慶油田，達(dá)到4000萬(wàn)噸萬(wàn)噸u國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（20062020年）年）將將 “海洋深水油氣田開(kāi)發(fā)工程技術(shù)海洋深水油氣田開(kāi)發(fā)工程技術(shù) ”列為重大專項(xiàng)課題列為重大專項(xiàng)課題依存度自產(chǎn)49%進(jìn)口51%產(chǎn)量陸地73%海洋27%管道是油氣資源開(kāi)發(fā)的管道是油氣資源開(kāi)發(fā)的生命線生命線海底管線油氣開(kāi)采物的匯集、轉(zhuǎn)輸和外輸均需要通過(guò)管道進(jìn)行油氣開(kāi)采物的匯集、轉(zhuǎn)輸和外輸均需要通過(guò)管道進(jìn)行 海底管道事故不僅影響人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)，還會(huì)海底管道事故不僅影響人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)，還會(huì)污染海洋環(huán)境

3、，破壞生態(tài)平衡，威脅公共安全污染海洋環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，威脅公共安全海底管道安全是海上油氣開(kāi)發(fā)的重要保障海底管道安全是海上油氣開(kāi)發(fā)的重要保障u超深水深（超深水深（2000200030003000米）米）u大直徑（大直徑（4444英寸或更大）英寸或更大）u高溫（高溫（150150）管道）管道u高內(nèi)壓（高內(nèi)壓（40MPa40MPa）管道）管道u長(zhǎng)距離輸送（最長(zhǎng)已達(dá)長(zhǎng)距離輸送（最長(zhǎng)已達(dá)12001200公里）公里）我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)主要集中在水深小于我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)主要集中在水深小于300米的內(nèi)海和陸架米的內(nèi)海和陸架淺水區(qū)，制約我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)的瓶頸主要是油氣田開(kāi)發(fā)的淺水區(qū)，制約我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)的瓶頸主

4、要是油氣田開(kāi)發(fā)的深水工程技術(shù)深水工程技術(shù)深水管道工程的復(fù)雜性深水管道工程的復(fù)雜性海底管道在復(fù)雜荷載和因素作用下的破壞機(jī)海底管道在復(fù)雜荷載和因素作用下的破壞機(jī)理是深水油氣開(kāi)發(fā)需要解決的理是深水油氣開(kāi)發(fā)需要解決的首要關(guān)鍵問(wèn)題首要關(guān)鍵問(wèn)題海床下埋地管道海床上懸空管道1 1、我國(guó)海底管道設(shè)計(jì)規(guī)范主要照搬美國(guó)、我國(guó)海底管道設(shè)計(jì)規(guī)范主要照搬美國(guó)APIAPI和挪威和挪威DNVDNV等國(guó)外規(guī)范，等國(guó)外規(guī)范，沒(méi)有結(jié)合中國(guó)近海油田的實(shí)際情況沒(méi)有結(jié)合中國(guó)近海油田的實(shí)際情況2 2、深水海底管道的設(shè)計(jì)和建設(shè)完全依賴國(guó)外，、深水海底管道的設(shè)計(jì)和建設(shè)完全依賴國(guó)外，沒(méi)有沒(méi)有掌握自主核心技術(shù)掌握自主核心技術(shù)3 3、深水工程問(wèn)題

5、復(fù)雜、技術(shù)要求高、難度大，現(xiàn)有、深水工程問(wèn)題復(fù)雜、技術(shù)要求高、難度大，現(xiàn)有基礎(chǔ)理論、計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法仍基礎(chǔ)理論、計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法仍滯后于工程實(shí)踐滯后于工程實(shí)踐1 1、管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究、管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究埋地管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究埋地管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究海底懸跨管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究海底懸跨管道在地震波動(dòng)效應(yīng)下的反應(yīng)研究2 2、管道在永久地面變形作用下的反應(yīng)研究、管道在永久地面變形作用下的反應(yīng)研究管道的斷層作用下的反應(yīng)研究管道的斷層作用下的反應(yīng)研究管道在滑坡作用下的反應(yīng)研究管道在滑坡作用下的反應(yīng)研究3 3、管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究

6、、管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究完好管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究完好管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的破壞機(jī)理研究4 4、高溫高壓管道的整體屈曲研究、高溫高壓管道的整體屈曲研究一、概述一、概述二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究六、進(jìn)一步的研究六、進(jìn)一步的研究(1) 海底管道懸跨段常受到內(nèi)

7、壓、外壓、軸向力、剪力等荷載的聯(lián)合作用。(2) 在海底管道與海洋平臺(tái)的連接區(qū)域，管道常受到內(nèi)壓、軸向力、剪力和扭矩荷載的作用。 一般情況下內(nèi)壓荷載是確定海底管道壁厚的控制荷載；而當(dāng)管道受到地震、海床變形、泥石流等影響，此時(shí)彎矩荷載會(huì)成為管道設(shè)計(jì)的控制荷載；而對(duì)于高溫高壓海底管道，因溫度引起的軸向荷載也會(huì)成為管道設(shè)計(jì)的控制荷載。 受壓區(qū)的局部屈曲破壞受拉區(qū)的斷裂破壞管道參數(shù)管材特性受力情況2.1 極限彎矩荷載的影響因素MpM0MyMabcd局部屈曲斷裂對(duì)于薄壁管道，管道的徑厚比通常大于100，管道往往在進(jìn)入塑性狀態(tài)之前就可能發(fā)生局部屈曲破壞，如圖中曲線a所示，隨著曲率的增加，管道的彎矩荷載先增加

8、，在達(dá)到峰值后，管道發(fā)生局部屈曲，承載能力迅速減少而發(fā)生破壞。對(duì)于中等壁厚的管道，管道的徑厚比通常介于50到100之間，管道在發(fā)生失效之前通常會(huì)進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)管材的強(qiáng)化效應(yīng)會(huì)增加管道的彎矩承載能力，而管道截面橢圓化會(huì)削弱管道的彎矩承載能力，管道發(fā)生塑性變形和管道截面橢圓化是個(gè)復(fù)雜的耦合過(guò)程，最終的破壞形式為管道受壓區(qū)域發(fā)生局部屈曲或受拉區(qū)發(fā)生斷裂，管道彎矩荷載隨曲率變化形式如圖中曲線b和c所示。對(duì)厚壁管道，管道徑厚比在20與50之間，管道在發(fā)生破壞之前，往往發(fā)生較大的塑性變形，此時(shí)管材應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)會(huì)發(fā)揮很大的作用，而管道截面的橢圓化程度較小，最終的破壞形式一般為管道受拉區(qū)域發(fā)生斷裂破壞，如

9、圖中曲線d所示。 完好管道極限彎矩理想彈塑性模型線性強(qiáng)化模型冪次強(qiáng)化模型VFzzzzyxzzrPMTrxAcRmAt中心線ctxy中性軸管道橫截面應(yīng)力分布圖管道受力示意圖假定：（1）為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程和保守考慮，首先忽略管材的應(yīng)變強(qiáng)化的影響，采用理想彈塑性模型；（2）管道在整個(gè)變形過(guò)程中，橫截面形狀不發(fā)生改變，在管道達(dá)到全塑性狀態(tài)時(shí)，塑性中性軸將管道橫截面分為壓縮和拉伸兩個(gè)區(qū)域。 2.2 內(nèi)壓、軸向力、剪力和扭矩聯(lián)合作用下管道的極限彎矩荷載 2.2.1 鋼材屈服準(zhǔn)則（塑性準(zhǔn)則）最大剪應(yīng)力屈服準(zhǔn)則 (Tresca) Tresca在作出了一系列擠壓實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在變形的金屬表面有很細(xì)的痕紋，而這

10、些痕紋的方向很接近最大剪應(yīng)力的方向，因此他認(rèn)為金屬的塑性變形是由于剪切應(yīng)力引起金屬中晶體滑移而形成的。據(jù)此提出，當(dāng)物體中最大剪切應(yīng)力獲得某一極限值時(shí)，材料進(jìn)入塑性狀態(tài)。 122313maxmax,222kk一般通過(guò)單向拉伸實(shí)驗(yàn)確定，2yk當(dāng)30時(shí)，在二維的應(yīng)力空間里，Tresca準(zhǔn)則可以表示為 max1212max,yTresca和von Mises屈服面 平面上的屈服軌跡 30平面上的屈服軌跡 形狀改變比能屈服準(zhǔn)則 (von Mises) 1913年德國(guó)力學(xué)家von Mises指出，在等傾面上，Tresca六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)是由實(shí)驗(yàn)得到的，而連接這六個(gè)點(diǎn)的直線是基于假設(shè)得出的，其合理性尚需證明

11、，作為近似，可以將這些點(diǎn)用一個(gè)圓連接起來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于韌性材料，該準(zhǔn)則更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 1924年德國(guó)科學(xué)家Hencky對(duì)Mises準(zhǔn)則進(jìn)行了物理解釋，Hencky認(rèn)為Mises屈服準(zhǔn)則相當(dāng)于彈性形變比能達(dá)到一定值時(shí)，材料進(jìn)入塑性狀態(tài)。彈性比能為 1 1223322212312233112122WE 體積變化比能為 2123123123112236VWE彈性形變比能 222122331112sVWWWGIllusion認(rèn)為，當(dāng)?shù)刃?yīng)力等于材料單向拉伸的屈服強(qiáng)度時(shí)，材料便進(jìn)入塑性狀態(tài)。該提法不僅概念明確，而且把復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的等效應(yīng)力和單向拉伸的屈服強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)，因此使用起來(lái)非常方便。

12、屈服條件可以寫(xiě)成 22212233112ey2222222162rzzrrzrzy形狀改變比能理論： 管道為薄壁結(jié)構(gòu)，忽略徑向正應(yīng)力和剪應(yīng)力： 22223zzy 22213324zy當(dāng)管道進(jìn)入全塑性狀態(tài)，管道截面的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力都達(dá)到極限狀態(tài) 22213324cy22213324ty也可以表示為： 22131243cyyLLyPPPP22131243tyyLLyPPPP2.2.2 基本理論 管道的軸向力為： 0222cmtmmtcFR tdR tdR t 得到塑性中性軸夾角 22mtmctFR tR t管道的極限彎矩可以表示為： 222002cos2cos2sincmtmmctMR tdR t

13、dR t 管道在內(nèi)壓、軸向力、剪力、扭矩的聯(lián)合作用下的極限彎矩荷載 220221231cos43433LLLLyLyFPFPPMMPPP無(wú)量綱化的極限荷載為： 22221321cos443rrrrrrrFPMPP式中： 0rLMMM24LmyMR trLPP PrLFF F2LmyFR t3ryLymtPR剪應(yīng)力的計(jì)算剪力扭矩xy-剪力扭矩管道的剪力可以表示為： 0002sin4cosmmVR tdR t 管道的扭矩可以表示為： 0022024mmTR tdR t當(dāng)管道中的剪應(yīng)力僅由剪力產(chǎn)生，此時(shí) ，0002sin4TmmVR tdR t 當(dāng)管道中的剪應(yīng)力僅由扭矩產(chǎn)生，此時(shí) ，02222222

14、TmmTR tdR t管材的剪應(yīng)力屈服強(qiáng)度可以表示為： 可以得到： 2cos44mmVTR tR t轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱形式為： cos2rrrrVT3yyrLVVVrLTTT3ryy22222222310.50.0740.250.0740.8775412cos430.50.0740.250.0740.8775rrrrrrrrrrrrrrrrrMPVTVV TTFPPVTVV TT2.2.3 管道在剪力、扭矩、內(nèi)壓和軸向力作用下的極限彎矩荷載采用最小二乘法進(jìn)行擬合： 21 0.1480.872rrrrrrVTT 得到無(wú)量綱剪應(yīng)力： 220.50.0740.250.0740.8775rrrrrrrVTV

15、V TT管道在剪力、扭矩、內(nèi)壓、軸向力作用下的極限彎矩荷載： 剪應(yīng)力分量相對(duì)較小，屈服準(zhǔn)則可以簡(jiǎn)化為： 管道截面的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力都達(dá)到極限狀態(tài) 222zzy 221324cy221324ty管道在內(nèi)壓、軸力作用下的極限彎矩荷載： 2021231cos443LLLLLFPFPPMMPPP221321cos443rrrrrFPMPP2.2.4 管道在內(nèi)壓和軸向力作用下的極限彎矩荷載-1.0-0.50.00.51.00.00.81.0 Pr=0 Pr=0.5MrFr-1.0-0.50.00.51.00.00.81.0 Pr=0 Pr=0.5MrFr-1.0-0.5

16、0.00.51.00.00.81.0 Pr=0 Pr=0.5MrFr-1.0-0.50.00.51.00.00.81.0 Pr=0 Pr=0.5MrFrVr=0.5, Tr=0Vr=0, Tr=0.5Vr=0, Tr=0Vr=0.5, Tr=0.5軸向力-極限彎矩承載力2.2.5 不同荷載的相互影響0.00.81.01.20.00.81.0 Fr=0 Fr=0.5 Fr=-0.5MrPr0.00.81.01.20.00.81.0 Fr=0 Fr=0.5 Fr=-0.5MrPr0.00.2

17、1.01.20.00.81.0 Fr=0 Fr=0.5 Fr=-0.5MrPr0.00.81.01.20.00.81.0 Fr=0 Fr=0.5 Fr=-0.5MrPr內(nèi)壓-極限彎矩承載力Vr=0.5, Tr=0Vr=0, Tr=0.5Vr=0, Tr=0Vr=0.5, Tr=0.50.00.81.01.20.00.81.0 Tr=0 Tr=0.5MrVr0.00.81.01.20.00.81.0 Tr=0 Tr=0.5MrVr0.0

18、0.81.01.20.00.81.0 Tr=0 Tr=0.5MrVr0.00.81.01.20.00.81.0 Tr=0 Tr=0.5MrVr0.00.81.01.20.00.81.0 Tr=0 Tr=0.5MrVr0.00.81.01.20.00.81.0 Tr=0MrVr剪力-極限彎矩承載力Pr=0, Fr=0Pr=0.5, Fr=0Pr=0, Fr=0.5Pr=0, Fr=-0.5Pr=0.5, Fr=0.5Pr=0.5, Fr=-0.50.00

19、.81.01.20.00.81.0 Vr=0 Vr=0.5MrTr0.00.81.01.20.00.81.0 Vr=0Vr=0.5MrTr0.00.81.01.20.00.81.0 Vr=0Vr=0.5MrTr0.00.81.01.20.00.81.0 Vr=0Vr=0.5MrTr0.00.81.01.20.00.81.0 Vr=0Vr=0.5MrTr0.00.81.01.20.00.81.0 Vr

20、=0MrTr扭矩-極限彎矩承載力Pr=0, Fr=0Pr=0.5, Fr=0Pr=0, Fr=0.5Pr=0, Fr=-0.5Pr=0.5, Fr=0.5Pr=0.5, Fr=-0.5內(nèi)壓-軸力-極限彎矩承載力Vr=0.5, Tr=0.5Vr=0, Tr=0.5Vr=0, Tr=0Vr=0.5, Tr=0隨著內(nèi)壓荷載或軸向力的增加，管道的彎矩承載力逐漸下降。管道中剪力和扭矩會(huì)削弱管道極限彎矩承載力，縮小管道內(nèi)壓和軸向力的作用范圍。 Pr=0, Fr=0Pr=0.5, Fr=0Pr=0, Fr=0.5Pr=0, Fr=-0.5Pr=0.5, Fr=0.5Pr=0.5, Fr=-0.5剪力-扭矩-

21、極限彎矩承載力隨著剪力或扭矩的增加，管道的彎矩荷載承載能力會(huì)下降。管道中內(nèi)壓或軸向力的存在，會(huì)使管道的極限彎矩相應(yīng)的減少。 0.000.000100200300400500600E (MPa) (mm/mm)E10.000.000100200300400500600E1E (MPa) (mm/mm)管道鋼線性強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系X52X562.3 軸向力作用下線性強(qiáng)化模型管道的極限彎矩荷載 在彈性階段： eeE在應(yīng)變強(qiáng)化階段： 1eyeE Henchy全量理論可以表示為:32ezzees32eees32errees2.3.1 基本理論 二次強(qiáng)化階段初

22、次強(qiáng)化階段彈性階段2 21111xxxyyyy1yy1y2管道截面應(yīng)力分布圖在線彈性階段，管道截面都處于彈性階段；當(dāng)管道的某一側(cè)最外層纖維達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，管道進(jìn)入初次強(qiáng)化階段，此時(shí)管道截面的一部分處于彈性階段，另一部分處于塑性階段；當(dāng)管道的另一側(cè)的最外層纖維屈服后，管道進(jìn)入二次強(qiáng)化階段，管道中心區(qū)域仍然處于彈性階段。 根據(jù)平截面假定可以得知，在彈性區(qū)域和塑性區(qū)域，管道截面的應(yīng)變都表現(xiàn)為線性分布，因此管道的軸向應(yīng)變可以表示為： coscoszmR在彈性區(qū)域，管道截面的軸向應(yīng)力可以表示： coscoszemER在塑性區(qū)域，根據(jù)Henchy全量理論，管材假設(shè)不可壓縮，因此泊松比 ，0.512rz，因

23、此管道截面的軸向應(yīng)力可以表示為： 1coscosezpzymeER 3mMER t22cosmFR tE212112cos12sin121mmmyFR tER tER t 321131111112cossin121sinsincossincosmmymMR tER tR tE 2122212121cos2cos2sinsin1mymmmFR tERR tER tE 22133111222211cossinsinsincossincos1mymmmMR tERR tER tE 彈性階段初次強(qiáng)化階段二次強(qiáng)化階段2.3.2 解析解 AcRmAt中心線Dxyyy中性軸maxmax224sin1 cos

24、yPmymMR tR t2maxmaxmax210211110ryyykkkF 管道截面應(yīng)力分布2.3.3 近似解 當(dāng)管道進(jìn)入塑性階段時(shí)，可以忽略管道中間彈性區(qū)域?qū)澗乜沽Φ淖饔?，管道在軸向力和彎矩荷載的聯(lián)合作用下，極限狀態(tài)下管道截面的應(yīng)力分布如圖所示 。管道的軸向力可以表示為：max2cos111 cosryF首先定義函數(shù) cos1 cosG采用最小二乘法擬合，可以表示為二次多項(xiàng)式： 2012Gkkk解下列方程，得到中性軸位置：012341.01.2B4B3B2B1ME/MT試件號(hào)理想彈塑性線性強(qiáng)化精確解線性強(qiáng)化近似解試驗(yàn)驗(yàn)證0.000.00010

25、0200300400500600 (MPa) (mm/mm)K=746 MPa, n=0.1610.000.000100200300400500600K=697 MPa, n=0.138 (MPa) (mm/mm)X52X562.4 內(nèi)壓和軸向力作用下冪次強(qiáng)化模型管道的極限彎矩荷載 管道鋼冪次強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系nKAcRmAtxyctct中心線應(yīng)力應(yīng)變管道截面應(yīng)力分布圖根據(jù)平截面假定，管道軸向應(yīng)變可以表示為 coscoszmR等效應(yīng)變和等效應(yīng)力可以表示為： 22223ezr22ezz 根據(jù)Hencky全量理論， zzseesrrzzsees管道單元的環(huán)向和軸向應(yīng)力張量為：

26、 02133zrS02133zzzrS假設(shè)材料不可壓縮，因而可以得到： ezze管道的環(huán)向應(yīng)變可以表示為22rzzzr22rzrzzr22zzzr2zrzzr222222zzeezzzz neeK222222nzzzzzzK 同樣徑向應(yīng)變可以表示為由于徑向應(yīng)力相對(duì)于環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力較小，因此環(huán)向應(yīng)變和軸向應(yīng)變可以表示為因此等效應(yīng)變可以表示為假設(shè)材料不可壓縮，根據(jù)單一曲線假定可以得到由此可以得到 管道的軸向力可以表示為： 管道的彎矩可以表示為： 02mzFR td202cosmzMR td 012345671.01.2F=146F=409F=644F=-1153F=216F

27、=1303DGA324HGA324UGA324DLR508DGA508UGR508UGA508ME/MT試件號(hào)理想彈塑性冪次強(qiáng)化F=1303軸向拉力和軸向壓力較小Mohareb M E. Deformation behavior of line pipeD. Department of Structural Engineering, University of Alberta, Canada, 1995.試驗(yàn)驗(yàn)證0.00.81.00.00.81.01.2MrPr 理想彈塑性 冪次強(qiáng)化 0.00.00.81.0 理想彈塑性

28、冪次強(qiáng)化 MrPr0.00.81.00.00.81.01.2 理想彈塑性 冪次強(qiáng)化 MrPr-1.0-0.50.00.51.00.00.81.01.2 理想彈塑性 冪次強(qiáng)化 MrFr-0.50.00.51.00.00.81.01.2 理想彈塑性 冪次強(qiáng)化 MrFr參數(shù)分析內(nèi)壓-極限彎矩軸力-極限彎矩0rF 0.5rF 0.5rF 0rP 0.5rP v 管道受到內(nèi)壓、軸向力、剪力、扭矩的單獨(dú)作用時(shí)，管道的彎矩荷載承載力會(huì)不同程度的下降。v 剪力和扭矩會(huì)在管道截面中產(chǎn)生剪應(yīng)力，從而削弱管道的極限彎矩荷載承載力，剪力和扭矩對(duì)極

29、限彎矩荷載的影響效果相當(dāng)。v 當(dāng)管道受到內(nèi)壓和軸向拉力聯(lián)合作用時(shí)，考慮應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)可以更好預(yù)測(cè)管道的極限彎矩荷載?；诶硐霃椝苄圆牧系念A(yù)測(cè)值，可以作為管道極限荷載的下限。當(dāng)管道受內(nèi)壓和軸向壓力聯(lián)合作用時(shí)，考慮應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，預(yù)測(cè)值則偏于危險(xiǎn)，而采用理想彈塑性解析解的預(yù)測(cè)值更合理。2.5 小結(jié) 一、概述一、概述二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究六、進(jìn)一步的研究六、

30、進(jìn)一步的研究爆破爆破失效失效內(nèi)壓為控制荷載典型破壞模式腐蝕管道軸向腐蝕無(wú)限長(zhǎng)腐蝕雙點(diǎn)軸向相鄰雙點(diǎn)復(fù)合相鄰雙點(diǎn)環(huán)向相鄰多點(diǎn)腐蝕三維二維腐蝕管道的評(píng)估規(guī)范和方法腐蝕管道的評(píng)估規(guī)范和方法美國(guó)Battelle研究所根據(jù)斷裂力學(xué)理論分析和爆破實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式NG-18 001211fCfAtAPADAM2422.51(2)0.54(2)1()fLLMDtDt（Folias膨脹系數(shù) ）Kiefner在NG-18的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了修正。美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）以此公式為基礎(chǔ)建立了管道的腐蝕評(píng)估規(guī)范ASME-B31G 20LDt112 3/21.112 3 (/ )Cyfd ttPDd

31、 t M1 221 0.8fLMDt20LDt21.11CytdPDt針對(duì)ASME-B31G規(guī)范的保守性，對(duì)流變應(yīng)力、Folias膨脹系數(shù)和腐蝕面積作了相應(yīng)修正，稱之為改進(jìn)的B31G方法（MB31G） 110.85/26910.85 (/ )Cyfd ttPDd t M50LDt1 222210.62750.003375fLLMDtDt50LDt23.30.032fLMDt腐蝕管道的評(píng)估規(guī)范和方法DNV-RP-F101腐蝕管道剩余強(qiáng)度評(píng)估推薦規(guī)范 Benjamin等，F(xiàn)reire等，Diniz等，Andrade等開(kāi)展了軸向腐蝕的全尺寸實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬 ，提出新的軸向腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計(jì)算方

32、法RPA 11/21 (/ )Cufd ttPDtd t M1 221 0.31fLMDt20LDt110.85/26910.85 (/ )Cyfd ttPDd t M1 222210.62750.003375fLLMDtDt20LDt11/2691(/ )Cyfd ttPDd t M66264 101 0.15LDt 22.1 0.07fLMDtChoi等和Kim等針對(duì)X65鋼管道，對(duì)模擬矩形軸向腐蝕管道進(jìn)行爆破實(shí)驗(yàn)，研究了腐蝕管道破壞機(jī)理和極限內(nèi)壓荷載， 6LRt221020.9CutLLPCCCDtRtRt6LRt1020.9CutLPCCDtRt3.1 簡(jiǎn)單腐蝕管道的破壞機(jī)理和極限內(nèi)壓

33、荷載0.00.81.00100200300400500600700e(MPa)P/P0 d/t=0.2 d/t=0.4 d/t=0.6 d/t=0.80.00.81.00.00.81.0 =0.05 =0.1 =0.3 =0.6C0d/t0.00.81.00.00.81.0C0 d/t=0.2 d/t=0.4 d/t=0.6 d/t=0.8 /二維有限元模型腐蝕寬度影響腐蝕區(qū)有效應(yīng)力腐蝕深度影響3.1.1 無(wú)限長(zhǎng)腐蝕管道二維有限元分析 220.910.030.111.3CutdPDtt0123456789

34、1011121.11.2PC/PDNV工況Tresca本文Mises與DNV結(jié)果對(duì)比 對(duì)不同腐蝕深度和腐蝕寬度的無(wú)限長(zhǎng)腐蝕管道開(kāi)展了有限元參數(shù)分析，得到相應(yīng)的極限內(nèi)壓荷載，并回歸得到無(wú)限長(zhǎng)腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計(jì)算公式如下： 無(wú)限長(zhǎng)腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載可以表示為： 1412nCuCtdPDtt其中：d為腐蝕深度，若采用Tresca準(zhǔn)則1C ，若采用von Mises準(zhǔn)則23C 三維模型3.1.2 有限長(zhǎng)軸向腐蝕管道三維有限元分析失效準(zhǔn)則應(yīng)力準(zhǔn)則應(yīng)變準(zhǔn)則數(shù)值失穩(wěn)腐蝕管道有限元分析失效準(zhǔn)則參考應(yīng)力大量的原型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬證明，應(yīng)力失效準(zhǔn)則在計(jì)算腐蝕管道的極限內(nèi)

35、壓荷載時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性，因此本文采用應(yīng)力失效準(zhǔn)則，認(rèn)為腐蝕區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到后屈服強(qiáng)化階段的終點(diǎn)時(shí)，也就是腐蝕區(qū)域的最小Mises等效應(yīng)力達(dá)到參考應(yīng)力值時(shí)，管道發(fā)生失效，此時(shí)管道中所施加的內(nèi)壓荷載即為管道的極限荷載。 參考應(yīng)力的確定Freire, JLF, Vieira, RD, Castro, JTP, and Benjamin, AC (2006). “Part3: Burst tests of pipeline with extensive longitudinal mental loss,” Experimental Techniques, Vol 30, No 6, pp 60-6

36、5.45678910110.0PC/P0L/Dt 實(shí)驗(yàn)值 0.9u 0.8u 1u f y采用0.9u作為參考應(yīng)力 0.00.81.01.20100200300400500600700屈服強(qiáng)度等效應(yīng)力(MPa)無(wú)量綱內(nèi)壓 外區(qū) 中區(qū) 內(nèi)區(qū)極限抗拉強(qiáng)度三個(gè)階段：彈性變形，塑性擴(kuò)展階段，后屈服強(qiáng)度階段軸向短腐蝕破壞過(guò)程0.00.81.00100200300400500600700屈服強(qiáng)度極限抗拉強(qiáng)度等效應(yīng)力 (MPa)無(wú)量綱內(nèi)壓 外區(qū) 中區(qū) 內(nèi)區(qū)軸向長(zhǎng)腐蝕破壞模式-1000-50005001000010020030040050

37、0600e(MPa) 軸向位置(mm) d/t=0.3 d/t=0.7當(dāng)腐蝕深度較小時(shí)，如d/t=0.3，管道腐蝕區(qū)域和未腐蝕區(qū)域都進(jìn)入塑性階段，兩區(qū)域有效應(yīng)力很接近，管道發(fā)生整體垮塌破壞。對(duì)于腐蝕深度較大的管道，如d/t=0.7，當(dāng)腐蝕區(qū)域進(jìn)入塑性階段時(shí)，未腐蝕區(qū)域仍然在彈性階段，管道的腐蝕區(qū)域有效應(yīng)力相對(duì)于未腐蝕區(qū)域有很明顯的突增，從而導(dǎo)致腐蝕區(qū)域發(fā)生局部垮塌破壞。 腐蝕參數(shù)影響分析PC/P0d/t L/Dt=1.423 L/Dt=2.846 L/Dt=5.692 L/Dt=9.96102468101214161820

38、0.81.0PC/P0L/Dtd/t=0.3d/t=0.5d/t=0.70.00.81.00.81.0PC/P0d/t=0.3d/t=0.5d/t=0.746810121416180.81.0 External InternalNormalized Burst PressureNormalized Corrosion Length d/t=0.3 d/t=0.5 d/t=0.7腐蝕深度影響腐蝕長(zhǎng)度影響腐蝕寬度影響腐蝕位置影響管道參數(shù)的影響0246810121416180.91.0PC/P0L/Dt

39、D/t=32.4D/t=46.7D/t=57.3024681012141618PC/P0L/DtD/t=32.4D/t=46.7D/t=57.30246810121416180.81.0PC/P0L/Dtd/t=0.3d/t=0.5d/t=0.7徑厚比的影響管材的影響d/t=0.3d/t=0.7實(shí)心點(diǎn)表示采用X60管道鋼的計(jì)算結(jié)果空心點(diǎn)表示采用X52管道鋼的計(jì)算結(jié)果。46810121416181.0Normalized Failure PressureNormalized C

40、orrosion Length FEM B31G DNV CHOI 0.85dl RPA4812160.50.6Normalized Failure PressureNormalized Corrosion Length FEM B31G DNV CHOI 0.85dl RPAd/t=0.3d/t=0.7有限元結(jié)果與現(xiàn)有計(jì)算方法結(jié)果對(duì)比21220.9CuotLLPCCCDtDtDt01.2741.263dCt4415.546 101.419 10dCt 當(dāng)3.1.3 軸向腐蝕管道極限內(nèi)壓計(jì)算公式回歸20LDt當(dāng)20200DtLDt201.321 1.0130.115ddC

41、tt244426 .0 91 04 .5 2 81 06 .5 9 11 0ddCtt2211.21 102.448 10dCt 20C 當(dāng)201.2330.150.311ddCtt2215.129 100.631dCt 22221.441 104.973 100.125ddCtt軸向長(zhǎng)腐蝕200300DtLDtFreire, JLF, Vieira, RD, Castro, JTP, and Benjamin, AC (2006). “Part3: Burst tests of pipeline with extensive longitudinal mental loss,” Experi

42、mental Techniques, Vol 30, No 6, pp 60-65.回歸公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證0123456789100.00.81.01.21.4PC/PT試件號(hào)本 文 B31GMB31G RPA DNV Choi誤差分析回歸公式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差最小，最小誤差為1.3%，最大誤差為9.3%，平均誤差為5.2%，其誤差均要低于B31G、MB31G、DNV、RPA以及Choi給出的計(jì)算結(jié)果。 v 影響軸向腐蝕管道的極限內(nèi)壓荷載的腐蝕幾何參數(shù)依影響軸向腐蝕管道的極限內(nèi)壓荷載的腐蝕幾何參數(shù)依次為腐蝕深度、腐蝕長(zhǎng)度，腐蝕寬度。次為腐蝕深度、腐蝕長(zhǎng)度，腐蝕寬度。v 采

43、用采用0.9 作為參考應(yīng)力的應(yīng)力失效準(zhǔn)則來(lái)判斷管道是否作為參考應(yīng)力的應(yīng)力失效準(zhǔn)則來(lái)判斷管道是否發(fā)生失效最為準(zhǔn)確。發(fā)生失效最為準(zhǔn)確。v 軸向長(zhǎng)腐蝕和軸向短腐蝕失效過(guò)程有所區(qū)別。軸向長(zhǎng)腐蝕和軸向短腐蝕失效過(guò)程有所區(qū)別。v ASME-B31G，DNV-RP-F101, RPA, Choi提供的方法提供的方法對(duì)軸向長(zhǎng)腐蝕管道的評(píng)估也偏于保守。改進(jìn)的對(duì)軸向長(zhǎng)腐蝕管道的評(píng)估也偏于保守。改進(jìn)的B31G方方法在對(duì)深度較大的腐蝕進(jìn)行評(píng)估時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏于危法在對(duì)深度較大的腐蝕進(jìn)行評(píng)估時(shí)，計(jì)算結(jié)果偏于危險(xiǎn)。險(xiǎn)。v 本文給出的軸向腐蝕管道計(jì)算公式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值本文給出的軸向腐蝕管道計(jì)算公式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值誤差最小，

44、最為準(zhǔn)確。誤差最小，最為準(zhǔn)確。3.1.4 小結(jié)3.2 復(fù)雜群腐蝕管道的破壞機(jī)理和極限內(nèi)壓荷載L2L1SLW1W2W2W1SCL1L2W2W1SCL1L2三種相鄰雙點(diǎn)腐蝕 3.2.1 雙點(diǎn)軸向相鄰腐蝕管道發(fā)生相互作用無(wú)相互作用 SL/t=2 SL/t=10 0.00.81.01.20100200300400500600e(MPa) P/P0 SL/t=0 SL/t=1 SL/t=2 SL/t=4 SL/t=6 SL/t=8 SL/t=10 SL/t=120.00.81.00100200300400500600e(MPa) P/P0 SL/t=0 SL/t=1

45、SL/t=2 SL/t=4 SL/t=6 SL/t=8 SL/t=10 SL/t=12 0.00.70100200300400500600e(MPa) P/P0 SL/t=0 SL/t=1 SL/t=2 SL/t=4 SL/t=6 SL/t=8 SL/t=10 SL/t=12 0.00.40100200300400500600e(MPa) P/P0 SL/t=0 SL/t=1 SL/t=2 SL/t=4 SL/t=6 SL/t=8 SL/t=10 SL/t=12 雙點(diǎn)軸向相鄰腐蝕有效應(yīng)力d/t=0.2d/t=0.4d/t=0.6d/t=0.

46、8W2W1L2L1SLSCW1W2L1L20.00.51.01.52.02.53.00.000.020.040.060.080.100.12(PSi+1-PSi)/PSoSL/Dt d/t=0.2 d/t=0.4 d/t=0.6 d/t=0.8 雙點(diǎn)軸向相鄰腐蝕管道相互作用準(zhǔn)則LLimSDt3.2.2 雙點(diǎn)環(huán)向相鄰腐蝕管道0.00.81.01.20100200300400500600700800 C/=0.02 C/=0.05 C/=0.1 C/=0.15 C/=0.2 C/=0.3eMPa P/P00.00.81.001002003004005006007

47、00800 C/=0.02 C/=0.05 C/=0.1 C/=0.15 C/=0.2 C/=0.3eMPa P/P00.00.80100200300400500600700800 C/=0.02 C/=0.05 C/=0.1 C/=0.15 C/=0.2 C/=0.3 P/P0e MPa0.00100200300400500600700800 C/=0.02 C/=0.05 C/=0.1 C/=0.15 C/=0.2 C/=0.3e MPaP/P0腐蝕區(qū)有效應(yīng)力d/t=0.2d/t=0.4d/t=0.6d/t=0.80.00.10.20.

48、000.0040.0080.0120.0160.020(PSi+1-PSi)/PSoC/ d/t=0.2 d/t=0.4 d/t=0.6 d/t=0.8W2W1L2L1SLSCW1W2L1L2環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則0.1CLimSD12effLLLLS12effCWWWS1122112222effeffeffLdL dWdW ddLW21220.9effeffCuoLLtPCCCDtDtDt等效長(zhǎng)度等效寬度等效深度3.2.3 復(fù)合相鄰雙點(diǎn)腐蝕0123451.01.2IDTS-5IDTS-4IDTS-3PC/PT試件號(hào)本文 B31GMB31G DNV 實(shí)

49、驗(yàn)驗(yàn)證3.2.4 多點(diǎn)群腐蝕管道腐蝕群分組腐蝕參數(shù)確定腐蝕群分組和參數(shù)化示意圖 軸向投影環(huán)向投影腐蝕群的軸向和環(huán)向投影v 第一步：按照群腐蝕之間不發(fā)生相互作用為原則，將腐蝕群進(jìn)行分組，然后對(duì)每個(gè)腐蝕群進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估計(jì)算。v 第二步：將腐蝕群中的每個(gè)腐蝕進(jìn)行框化和編號(hào)，并確定每個(gè)腐蝕的深度 、長(zhǎng)度 和寬度 。v 第三步：初始化使得i =1，使用本文提出的單點(diǎn)軸向腐蝕極限內(nèi)壓荷載計(jì)算方法，計(jì)算第i 個(gè)腐蝕對(duì)應(yīng)的管道極限內(nèi)壓荷載 。v 第四步：對(duì)n到m的腐蝕缺陷進(jìn)行軸向和環(huán)向投影，采用本文提出的軸向相鄰和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則，確定與第n個(gè)腐蝕所有可能發(fā)生相互作用的腐蝕缺陷，并進(jìn)行編號(hào)。v 第五步：

50、對(duì)有可能發(fā)生相互作用內(nèi)腐蝕組合計(jì)算等效長(zhǎng)度，等效深度和等效深度v 第六步：采用計(jì)算得到的等效長(zhǎng)度和深度，按照單點(diǎn)軸向腐蝕的計(jì)算方法計(jì)算n到m的腐蝕管道的極限荷載 。v 第七步：進(jìn)行循環(huán)計(jì)算， 重復(fù)2-6步驟的計(jì)算。v 第八步：計(jì)算得到的管道的極限內(nèi)壓荷載的最小值，并確定為群腐蝕管道的極限內(nèi)壓荷載。群腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計(jì)算流程2-3-42-321-2-3-41-2-31-233-44111-21-2-31-2-3-422-32-3-433-44數(shù)值算例工況工況等效長(zhǎng)度等效長(zhǎng)度(mm)等有效寬度等有效寬度(mm)有效深度有效深度(mm)極限內(nèi)壓荷載極限內(nèi)壓荷載(MPa)1-28.851-294.

51、524.74.3625.771-2-3164.338.93.9423.741-2-3-4254.356.14.0521.562-28.192-310222.74.7424.682-3-419239.94.5421.333-27.183-4148.626.44.3223.364-25.11試驗(yàn)驗(yàn)證01234561.01.2IDTS-11IDTS-10IDTS-9IDTS-12IDTS-7IDTS-6PC/PT試件號(hào)本文 B31GMB31G DNV v 群腐蝕管道中的各個(gè)腐蝕缺陷之間會(huì)發(fā)生相互作用，從而影響管道的破壞模式和極限內(nèi)壓荷載，在對(duì)群腐蝕管道進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要考慮腐蝕缺陷

52、之間的相互作用。v 給出了雙點(diǎn)軸向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則和雙點(diǎn)環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則。v 基于軸向相鄰腐蝕和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則，根據(jù)單點(diǎn)腐蝕海底管道極限荷載計(jì)算方法，引入了等效長(zhǎng)度，等效寬度和等效深度的概念，給出了復(fù)合相鄰腐蝕管道和極限內(nèi)壓荷載計(jì)算方法和群腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計(jì)算方法。3.2.5 小結(jié)一、概述一、概述二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究二、完好管道在復(fù)雜荷載作用下的研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究三、腐蝕管道在內(nèi)壓作用下的承載力研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究四、腐蝕管道在復(fù)雜荷載作用下的研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究五、高溫高壓海底管道整體屈曲研究六、

53、進(jìn)一步的研究六、進(jìn)一步的研究（1）管道鋼材不考慮應(yīng)變強(qiáng)化作用，采用理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系；（2）管道在達(dá)到全塑性狀態(tài)前，管道的橫截面形狀不發(fā)生改變；（3）在管道達(dá)到全塑性狀態(tài)時(shí)，塑性中性軸將管道橫截面分為壓縮和拉伸兩個(gè)區(qū)域；（4）由于管道輸送介質(zhì)受重力作用，腐蝕常發(fā)生在管壁底部6點(diǎn)鐘位置，因此，腐蝕缺陷可保守假設(shè)為沿管道彎曲平面對(duì)稱分布；（5）為了得到廣義解，將管道簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題，即保守考慮為無(wú)限長(zhǎng)腐蝕缺陷。 4.1 基本假設(shè)yxzzrPMFrx腐蝕管道受力示意圖Hill屈服準(zhǔn)則可以很好考慮材料各向異性，采用該準(zhǔn)則作為理論基礎(chǔ)來(lái)研究腐蝕管道極限承載力。Hill屈服函數(shù)應(yīng)用到管道中，可以表

54、示為： 22222221111zzzlzllrll +求解上述二次方程，得到： 2211zzlzlll當(dāng)管道進(jìn)入全塑性狀態(tài)，管道截面的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力都達(dá)到極限狀態(tài)。 2211czlzlll2211tzlzlll2211czlzlLLPPPP2211tzlzlLLPPPP+4.2 理論基礎(chǔ)Ac2中性軸Ac1RmaAc2AtyRm中性軸MxAt1aAcAt1xAt2yM中性軸At2aAc2AtAt2At1Rmx中性軸Ac1aRmAcyAc1xy工況1工況2工況4工況34.3 任意形狀腐蝕管道的極限彎矩工況1：腐蝕區(qū)全部在受壓區(qū)，彎曲荷載為負(fù)。工況2：腐蝕區(qū)部分在受壓區(qū)，部分在受拉區(qū)，彎曲荷載為負(fù)。

55、工況3：腐蝕區(qū)全部在受拉區(qū)，彎曲荷載為正。工況4：腐蝕區(qū)部分在受拉區(qū)，部分在受壓區(qū)，彎曲荷載為正。 Ac1Ac2Ac2AtRmCase 1DaxyPlastic neutral axisCenterlinePlane of bendingMtc極限狀態(tài)下管道截面的應(yīng)力分布?jí)簯?yīng)力極限值2211czlzlLLPPPP2211tzlzlLLPPPP+拉應(yīng)力極限值確定中軸的位置工況1工況2工況4工況3任意形狀腐蝕極限彎矩荷載廣義解022mctmctFR tKR t 202sinsinsinmtcMR tL 02mctFR t KK202sinmtcMR tLL022mtcmtcFR tKR t 202

56、sinsinsinmtcMR tL02mtcFR t KK202sinmtcMR tLLaa0 xya0 xyaa0axy等深度腐蝕橢圓腐蝕拋物線腐蝕4.4 理想腐蝕形狀管道的極限彎矩理想形狀腐蝕管道：工況1等深度腐蝕橢圓腐蝕拋物線腐蝕其中其中其中1212mctmctFR tkR t222sin(1)sinsinmctMR tk 2012sinsinmtcaMR tUt2110112!1 ! 2mmmUmm2200222sin2sin2sincmtmaaMR tR ttt 0232mctmctFR tatR t0242mctmctFR tatR t理想形狀腐蝕管道：工況2等深度腐蝕橢圓腐蝕拋物

57、線腐蝕其中其中11212mtmctFR tkR tk 22222sin1sinsinmctMRtkkk 21223 2212221sin2221,12221nnnnInInnn ， =020001222sinsinmtcaaaMR tUUUttt20112!nnnUIn2200222sin2sin2sin2mtmcaaMR tVR tVtt22 sin2cosV其中理想形狀腐蝕管道：工況3等深度腐蝕橢圓腐蝕拋物線腐蝕其中其中其中2110112!1 ! 2mmmUmm0242mctmctFR tatR t2012sinsinmctaMR tUt1212mtcmtcFR tkR t222sin(1

58、)sinsinmtcMR tk 2200222sin2sin2sintmcmaaMR tR ttt 0232mtcmtcFR tatR t理想形狀腐蝕管道：工況4等深度腐蝕橢圓腐蝕拋物線腐蝕其中其中其中21223 2212221sin2221,12221nnnnInInnn ， =020112!nnnUIn22 sin2cosV201222mctaMR tUUUt2200222sin2sin2sin2mcmtaaMR tVR tVtt22222sin1sinsinmtcMR tkkk 11212mcmtcFR tkR tk 0.00.81.01.01.2TP

59、8ME/MT腐蝕深度等深度橢圓拋物線TP70.00.81.01.01.2等深度橢圓拋物線TP4ME/MT腐蝕深度TP6Miyazaki K, et al. Fracture behavior of carbon steel pipe with local wall thinning subject to bending load. Nuclear Engineering and Design 1999; 191: 195-204 試驗(yàn)驗(yàn)證0.00.81.01.01.2TP3TP5TP2Constant-depthEllip

60、ticalParabolicME/MTCorrosion depthTP1腐蝕參數(shù)的影響-等深度腐蝕4.5 參數(shù)影響分析腐蝕參數(shù)的影響-橢圓腐蝕腐蝕參數(shù)的影響-拋物線腐蝕腐蝕深度和腐蝕寬度相對(duì)較小輕度腐蝕重度腐蝕腐蝕深度和腐蝕寬度相對(duì)較大軸向力-極限彎矩相互作用曲線-1.0-0.50.00.51.0-1.0-0.50.00.51.0Bending CapacityAxial Force-1.0-0.50.00.51.0-1.0-0.50.00.51.0Bending CapacityAxial Force 輕度腐蝕重度腐蝕無(wú)壓管道紅色: 完好管道, 綠色: 拋物線腐蝕 藍(lán)色: 橢圓腐蝕, 橙色