[发明专利]一种用于海底管道工程临界评估的优化参考应变方法

说明书

本发明公开一种用于海底管道工程临界评估的优化参考应变方法，基于有限元分析，引入了f因子，寻找到了断裂响应J/σ₀t和名义应变ε_n之间的关系。结合Ramberg‑Osgood材料本构关系和参考应变法失效分析曲线方程经过一系列的推导，最终得到了参考应变的解析表达式，从而优化了参考应变法，实现了更准确的工程临界评估。

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体属于海底油气管道卷管铺设和服役过程中管道环向表面裂纹的工程临界评估技术，通过实施该技术进行工程临界评估，可以判断管道环缝表面裂纹是否会导致管道失效，从而判断是否可以继续安全服役。

背景技术

随着陆地石化资源的不断开采，陆地石化资源的数量越来越少。海洋石化资源得到了人们的重视。然而由于深海环境的复杂性，深海开采具有很大的技术难度。管道作为深海油气运输的主要载体，其质量和可靠性至关重要。目前常用的卷管铺设方法有J型铺设法、S型铺设法和卷管铺设法。其中卷管铺设法效率最高，可以实现岸上焊接和离岸铺设。数米管段经过焊接后连接成数千米的管线，然后缠绕到大型卷辊上。经过铺管船运送到铺设地点，解卷、校直等过程进行铺设。在卷管铺设以及服役过程中，管道会受到1-4％的名义应变，以及一定的内压。由于焊接过程中不可避免的会产生未熔合、未焊透、裂纹等危害性缺陷。这些缺陷由于无损检测技术原理和检测人员水平的限制，部分取向特殊的微小缺陷会漏检。因此有必要对管道进行工程临界评估。传统参考应变法直接利用了海底管道应变控制的自然边界条件，可以实现对管道的工程临界评估。然而由于该方法直接用名义应变代替参考应变，因而只能适用于深度较小的裂纹评估，不能用于较严重裂纹的评估。因为对于较严重的裂纹，参考应变和名义应变的偏差已经很大。直接用名义应变代替参考应变进行评估是不够准确的。目前还没有提出含有管道内压条件下准确的参考应变的解析公式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于海底管道工程临界评估的优化参考应变方法，通过推导出的参考应变公式，改进了传统参考应变法，从而实现对海底油气管道在内压条件下的准确工程临界评估。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种用于海底管道工程临界评估的优化参考应变方法，按照下述步骤进行：

确定材料的断裂韧性K_mat，求解结构的应力强度因子K_I，从而根据公式K_r＝K_I/K_mat得到K_r；根据公式求解参考应变ε_ref，再根据参考应变ε_ref和公式D_r＝ε_ref/ε₀确定评估点坐标D_r；

同时，根据公式和公式f(D_r)＝(2ED_rε₀/σ_ref)^-0.5(D_r＞1)绘制参考应变法的失效评估曲线图(FAC曲线，即临界曲线)；

将评估点(D_r,K_r)的位置与FAC曲线进行比较，如果评估点位于曲线上方，则结构不安全；如果评估点位于曲线下方，则结构安全。

上述计算参考应变的公式适用如下条件：a/t为0.1–0.4，a/c为0.1–0.4，D/t为10–30，n为10–20，n_r为0–0.8，ε_n＞ε₀。