[发明专利]一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法

说明书

本发明公开了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法及检测装置，其中检测方法为：在管道试验件中间位置设置有应变片；将管道试验件放置在疲劳施压机构平台上，管道试验件的两端作为支撑点、中间悬空；通过疲劳施压机构对管道试验件中间部位对称的两个位置施加向下的循环荷载；通过设在管道试验件上的应力片测得的应变差值检测管道是否萌生疲劳裂纹，根据环向不同应变片测得的应变值可确定裂纹的扩展长度，进一步可得知管道试验件循环负荷次数与疲劳裂缝长度之间的关系。本发明的有益效果是：本发明通过对管道试验件的检测，能够预知海底管道的裂缝萌生状况，检测方法简单且准确，可作为对未安装海底管道的检测判断其是否符合海底服役要求。

技术领域

本发明涉及海底管道受弯检测技术领域，特别涉及一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法及检测装置。

背景技术

海底管道属于压力管道的一种，但与普通压力管道的不同在于，海底管道要承受潮汐、波浪、海流、海冰、海洋跌落物的撞击，以及海水的侵蚀、渔网的摩擦等作用，这些载荷的作用使得海底管道较普遍的压力管道失效的概率更高，更容易发生事故。在诱发管道事故的各种缺陷类型中，管道产生的裂缝缺陷所占的比例最大。因此，需要通过检测和试验判定结构的裂纹损伤和结构强度。

发明内容

为了能够预测海底管道的裂纹萌生过程以及服役时间等情况，本发明提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法及检测装置，能够适用于各种直径的海底管道的检测。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法，其特征在于，所述检测方法为：

取输油管道一部分作为管道试验件，管道试验件下端面的中间位置沿轴向设置有若干列成轴对称的应变片，每列所述应变片沿径向成列设置；每一所述应变片沿管道试验件的轴向设置，用于检测管道试验件在弯矩作用下的轴向拉应变；

将设好应变片的管道试验件放置在疲劳施压机构平台上，管道试验件的两端作为支撑点、中间部位悬空；

通过疲劳施压机构对管道试验件中间部位对称的两个位置施加向下的循环荷载，使得管道试验件中间部位承受纯弯曲力；

通过对应变片测得的应变差值可检测管道是否萌生疲劳裂纹，根据环向不同应变片测得的应变值可确定裂纹的扩展长度，进一步可得知循环负荷次数与输油管道跨中疲劳裂纹长度之间的数值关系。

在管道试验件未萌生裂纹时，由于管道试验件中间部位承受纯弯曲，每个应变片测得的应变理论上是相同的，可根据公式(1)计算得到应变片的应变值，公式如下：

其中，E为管道材料弹性模量，D和T分别为管道的外径和厚度，M为管道所承受的弯矩，θ_i为第i个应变片相对于垂直方向的圆心角；

当管道试验件某个位置开始萌生裂纹时，两个裂纹面处成为自由面，不受拉力作用，所以裂纹所在管道表面应变趋近于零。此时，可根据该位置两侧所在的两个应变片显示的读数检测裂纹是否萌生；假定应变片与裂纹之间的距离为分别为r₁和r₂，测得的应变分别为ε₁和ε₂，则可依据公式(2)估算裂纹萌生位置所在处的应变值为：

当ε→0时，即表明该测点产生了疲劳裂纹，即可得知萌生裂纹的长度值，并能够得知此时循环负荷次数与裂纹长度值之间的竖直关系。

为了更加清楚的讲述海底管道受弯疲劳裂纹萌生过程的检测方法，下面对检测方法作进一步详细描述，具体为：

取3-5m输油管道作为管道试验件，对管道试验件进行处理，具体为：在管道试验件上对称设置两个带有中心通孔的竖向加载板，两个竖向加载板之间的距离为2-4m；在管道试验件两端固定两个支撑端板，竖向加载板和支撑端板的高度均大于管道试验件的直径；