海底腐蝕管道破壞機(jī)理和極限承載力研究.pdf

1、隨著我國(guó)海洋油氣資源的開(kāi)發(fā)，海底管道對(duì)海上油氣田的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和產(chǎn)品的運(yùn)輸起著關(guān)鍵性的作用，被稱(chēng)為海上油氣田的“生命線”，海底管道建設(shè)日益增多。海底管道所處的海洋環(huán)境惡劣，管道發(fā)生腐蝕損傷不可避免。管道發(fā)生腐蝕后，會(huì)引起管壁整體或局部變薄，使得管道的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)抗力減小，若不及時(shí)更換或維修，會(huì)引起海底管道的破壞和原油泄露事故。腐蝕是引起海底管道破壞的主要因素之一，為了避免此類(lèi)事故的發(fā)生，需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)腐蝕管道的剩余強(qiáng)度，及時(shí)正確決策腐蝕海底管

2、道是否能繼續(xù)運(yùn)行。因此研究海底腐蝕管道在工作荷載以及環(huán)境荷載作用下的破壞機(jī)理和極限荷載具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 基于經(jīng)典的Tresca和Mises屈服準(zhǔn)則，給出了完好管道和無(wú)限長(zhǎng)腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載解析解。建立了海底管道非線性分析模型，分析了軸向腐蝕管道在內(nèi)壓荷載作用下的破壞機(jī)理，提出了基于參考應(yīng)力的應(yīng)力失效準(zhǔn)則來(lái)確定管道的失效內(nèi)壓，探究了腐蝕深度、腐蝕長(zhǎng)度、腐蝕寬度、腐蝕位置、軸向應(yīng)力、管材等參數(shù)對(duì)管道極限內(nèi)壓荷載

3、的影響，與現(xiàn)有腐蝕管道計(jì)算方法進(jìn)行了比較，并基于計(jì)算結(jié)果回歸了軸向腐蝕管道失效內(nèi)壓荷載計(jì)算公式，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了本公式的適用性和準(zhǔn)確性。
　　 研究了軸向和環(huán)向相鄰腐蝕管道在內(nèi)壓荷載作用下的破壞機(jī)理和極限內(nèi)壓荷載的計(jì)算方法，研究了腐蝕軸向間距、環(huán)向間距和腐蝕深度等參數(shù)對(duì)管道失效模式和失效內(nèi)壓的影響，提出了軸向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則?；谳S向和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準(zhǔn)則，提出了軸向投影和環(huán)向投影的雙

4、向投影的方法，采用等效長(zhǎng)度、等效寬度、等效深度的概念，給出復(fù)合相鄰腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計(jì)算步驟，發(fā)展了群腐蝕管道的極限內(nèi)壓荷載計(jì)算方法，為復(fù)雜腐蝕形式的管道的剩余強(qiáng)度評(píng)估提供了一定的參考依據(jù)。
　　 基于理想彈塑性模型，給出了管道在剪力、扭矩、內(nèi)壓、軸向力聯(lián)合作用下管道極限彎矩荷載無(wú)量綱一般解析解，探究了剪力、扭矩、內(nèi)壓和軸向力對(duì)管道極限彎矩荷載的影響，給出了相互作用曲線和曲面?；诰€性強(qiáng)化彈塑性模型，給出了軸向力作用下管道極限

5、彎矩荷載的解析解和近似解；并采用冪次強(qiáng)化模型，給出了內(nèi)壓和軸向力聯(lián)合作用下管道的極限彎矩荷載計(jì)算方法。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，基于理想彈塑性假設(shè)的解析解預(yù)測(cè)值可以作為聯(lián)合荷載作用下管道的極限彎矩荷載的下限值。當(dāng)管道受到軸向拉力作用時(shí)，考慮管材的應(yīng)變強(qiáng)化作用，管道極限彎矩荷載的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值吻合更好。
　　 基于Hill屈服準(zhǔn)則，考慮了管材的各向異性，推導(dǎo)了不規(guī)則腐蝕缺陷管道在內(nèi)壓和軸向力聯(lián)合作用下極限彎矩荷載解析解，并編制了相應(yīng)