[发明专利]一种输气管道裂纹扩展速度计算方法

权利要求书

1.一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1，依据管道运行参数和钢管性能参数并结合回填土壤类型和回填土壤深度确定裂纹扩展阻力曲线，并确定气体减压波曲线；

步骤2，对裂纹扩展阻力曲线和气体减压波曲线采用变时间步长的计算方法进行计算，得到管道中裂纹扩展速度随裂纹扩展距离的变化曲线。

2.根据权利要求1所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，步骤1中，所述管道运行参数包括管道压力、管径、壁厚；所述钢管性能参数包括钢管屈服强度、钢管抗拉强度和钢管夏比冲击功。

3.根据权利要求1所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，步骤1中，裂纹扩展阻力曲线公式如下：

式中，V_c表示裂纹扩展速度；R表示断裂阻力；σ_flow表示流变应力；P表示裂纹尖端动态压力；P_a表示止裂压力；K为回填土壤深度系数；c表示回填土壤类型系数；m表示回填常数。

4.根据权利要求3所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，所述止裂压力P_a采用如下公式计算：

式中，M_T为膨胀因子，取值3.33；E表示钢管弹性模量，取值为210×10³MPa；C_eff表示有效裂纹长度。

5.根据权利要求4所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，所述有效裂纹长度C_eff通过对全尺寸爆破试验数据进行回归计算得到，所述有效裂纹长度C_eff公式为：

C_eff＝1.5×(2r×t)^2/3

式中，r为钢管半径，t为钢管壁厚。

6.根据权利要求3所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，所述回填土壤深度系数K采用如下公式进行计算：

式中，h表示土壤回填深度，r表示钢管半径，t表示钢管壁厚。

7.根据权利要求3所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，所述回填土壤类型为高结合力的土壤时，则回填土壤类型系数c＝0.205；

所述回填土壤类型为中结合力的土壤时，则回填土壤类型系数c＝0.2399；

所述回填土壤类型为低结合力的土壤时，则回填土壤类型系数c＝0.28。

8.根据权利要求1所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，所述气体减压波曲线是通过管道温度、管道运行压力和输送气体组分由GERG/BWRS状态方程确定。

9.根据权利要求1所述的一种输气管道裂纹扩展速度计算方法，其特征在于，步骤2中，采用裂纹扩展阻力曲线和气体减压波曲线计算裂纹扩展速度的具体计算过程包括以下步骤，

步骤2.1，设定初始裂纹长度L₀＝C_eff；裂纹扩展初始时间T₀＝L₀/V_m0；

步骤2.2，裂纹长度L＝L₀，时间T＝T₀；

步骤2.3，计算气体减压波速V_m＝L/T；

步骤2.4，在步骤1中的气体减压波曲线上得到气体减压波速V_m对应的裂尖压力P；

步骤2.5，在步骤1中的裂纹扩展阻力曲线上，得到裂尖压力P对应得裂纹扩展速度V_c；

步骤2.6，当裂纹扩展速度V_c不大于0时，则裂纹止裂，输出断裂速度V_c和裂纹扩展距离L的关系曲线，当裂纹扩展速度Vc大于0时，执行步骤2.7；

步骤2.7，当裂纹扩展速度V_c不小于气体减压波速V_m时，则裂纹尖端压力无法释放，输出裂纹无法止裂；当裂纹扩展速度V_c小于气体减压波速V_m时，执行步骤2.8；

步骤2.8，将裂纹扩展时间步长设定为dt＝dV_mT/(V_c-V_m)；

步骤2.9，裂纹扩展距离步长设定为dl＝V_mdt；

步骤2.10，将裂纹扩展距离L，裂纹扩展速度V_c和裂纹扩展时间T保存于数组中；

步骤2.11，设定裂纹扩展距离L＝L+dl，裂纹扩展时间T＝T+dt；

步骤2.12，执行步骤2.3继续计算，直至输出断裂速度V_c和裂纹扩展距离L的关系曲线。