CN102955880A - 一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 - Google Patents
一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102955880A CN102955880A CN2012104120319A CN201210412031A CN102955880A CN 102955880 A CN102955880 A CN 102955880A CN 2012104120319 A CN2012104120319 A CN 2012104120319A CN 201210412031 A CN201210412031 A CN 201210412031A CN 102955880 A CN102955880 A CN 102955880A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipeline
- model
- finite element
- defect
- corrosion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法。本发明属于管线强度分析技术领域。一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法：1）根据缺陷几何形状建立贴合实际的模型；2）有限元网格划分：选用三维10节点四面体单元进行自由网格划分；3）对设计模型加载边界条件：加载边界约束及压力载荷；4）对受力管道模型进行求解计算：针对不同腐蚀缺陷形状分组进行求解计算；5）提取计算结果：将缺陷周围管道外壁应力应变值提取出来；6）建立管道外壁受力数学模型；7）建立软件评估系统：根据标准将管道临界应变值编入软件从而实现管道的评估。本发明既弥补了传统评价的保守又避免了建立复杂模型花费大量时间，并且精度达到工程需要。
Description
技术领域
本发明属于管线强度分析技术领域，特别是涉及一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法。
背景技术
目前，油气长输管道在运行过程中将不可避免遭受腐蚀的侵害， 腐蚀将严重影响管道强度和使用寿命， 对油气管道的安全可靠运行造成威胁。
针对管线单点腐蚀缺陷问题，目前的监检测手段有两大类，一类只能在线监测介质腐蚀性，反应的是输送介质的腐蚀速率；另一类则只能周期性检测管线缺陷，反应的是管道被腐蚀缺陷的近似形状，而所得到的检测结果都不能对管线的安全状况做出判断。需要对应进行剩余强度评价。从20世纪70年代起，世界各国就相继对管道的剩余强度进行研究，提出了一系列评价方法。这些方法都是以数学表达式的形式来表示各种参数的，这些数学表达式经过大量实物试验证明是有效可靠的，但随着工程应用经验的积累以及力学分析能力的提高，发现现行标准过于保守。对管道剩余强度评价比较复杂。应用有限元法与其他方法相比具有明显的优势，它可以尽可能地少简化模型，能较精确模拟管道的实际受力状态，得到的结果能满足工程的需要。但是每次进行评价都要建立起与实际情况相吻合的模型并且计算，这存在需要大量的时间等问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法。
本发明的目的是提供一种基于有限元剩余强度评价，与数学模型相结合，利用了软件编程，将传统的复杂评估方式简单化，既弥补了传统评价的保守又避免了每次评估都要建立复杂模型花费大量的时间，并且精度能够达到工程需要等特点的基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法。
本发明基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法所采取的技术方案是：
一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特点是：强度智能分析方法步骤为：
1）根据缺陷几何形状建立贴合实际的模型
将几种管道腐蚀缺陷形状近似简化为规则的几何形状；
2）有限元网格划分
根据腐蚀管道的机构特点，选用三维10节点四面体单元进行自由网格划分，在靠近缺陷的部位进行细化网格；
3）对设计模型加载边界条件
对管道模型加载边界约束及压力载荷，进行静力分析；
4）对受力管道模型进行求解计算
根据管道缺陷腐蚀发展变化情况，针对不同腐蚀缺陷形状分组进行求解计算；
5）提取计算结果
将缺陷周围管道外壁应力应变值提取出来，绘制曲线，并根据腐蚀深度及面积发展分组整合曲线图；
6）建立管道外壁受力数学模型
利用管道受腐蚀影响的最大位置所产生应变值建立起管道应变值与体积型缺陷深度、直径、及管道内压力的数学关系模型；
7）建立软件评估系统
通过软件编程将几种体积型缺陷的数学关系模型方程写入软件，建立软件评估系统；并根据标准将管道临界应变值编入软件从而实现管道的评估。
本发明基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法还可以采用如下技术措施：
所述的基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特点是：根据缺陷几何形状建立贴合实际的模型时，将几种管道腐蚀缺陷形状近似简化为圆柱型、瓦罐型、球冠型和圆锥型。
所述的基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特点是：求解计算并提取计算结果时，根据腐蚀缺陷深度及面积发展情况，分别对缺陷深度为1/4、1/2、2/3、3/4、4/5、9/10管道壁厚以及缺陷直径为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm两两对应进行多组计算；提取一个缺陷深度对应不同直径以及一个缺陷直径对应不同深度的缺陷附近管道外壁应变值。
本发明具有的优点和积极效果是：
基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明基于有限元剩余强度评价，与数学模型相结合，利用了软件编程，将传统的复杂评估方式简单化，既弥补了传统评价的保守又避免了每次评估都要建立复杂模型花费大量的时间，并且精度能够达到工程需要。
附图说明
图1是基于有限元的含缺陷管线强度智能分析流程示意图；
图2是内腐蚀缺陷管道有限元模拟示意图（1为环向1/4管道模型，2为管道内壁缺陷模型）；
图3是缺陷部位有限元划分单元示意图（3为缺陷附近细化网格）；
图4是管壁应力随缺陷深度变化拟合曲线示意图；
图5是管壁应力随缺陷直径变化拟合曲线示意图。
图中，1—环向1/4管道模型，2—管道内壁缺陷模型，3—缺陷附近细化网格。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅附图1至图5。
实施例1
一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，流程参见图1，包括以下步骤：
1）设计模型的简化
参照“GB/T 18590-2001金属和合金的腐蚀点蚀评定方法”将常见的几种形式的体积型内腐蚀缺陷简化为规则的圆柱型、瓦罐型、球冠型以及圆锥型，本专利中以圆柱型缺陷形状为实施例。本模型选用油气管道材料为X60，管道规格为Φ356×12.7mm根据圣维南原理，为了消除边界效应，有限元模型的长度取管线直径的3~5倍，取管线长度为1000mm，建立环向1/4管道模型可参见图2。
2）有限元网格划分
建立完几何模型后，根据腐蚀管道的结构特点，本文选用三维10节点四面体单元进行自由网格划分。由于在腐蚀缺陷处应力和应变变化梯度大，所以在腐蚀缺陷部位和缺陷附近网格进行细化，而在远离缺陷处网格较为稀疏。参见示意图3
3）确定设计模型的边界条件
由于管道较长，计算的腐蚀管道相对比较短，因此可以不考虑管道轴向位移，两侧的铅垂位移为零。管道轴向根据实际情况采取无约束状态。管道外部载荷以管道实际承受内压为准在内表面加载压力。
4）求解计算并提取计算结果
根据腐蚀缺陷深度及面积发展情况，分别对缺陷深度为1/4、1/2、2/3、3/4、4/5、9/10管道壁厚以及缺陷直径为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm两两对应进行多组计算。提取一个缺陷深度对应不同直径以及一个缺陷直径对应不同深度的缺陷附近管道外壁应变值。
5）对提取值处理建立管道应变的数学模型
通过软件绘制管道外壁应变极值随内部缺陷加深的曲线图，并拟合为数学方程。当缺陷深度为3/4管道壁厚时，管道外壁应变随压力和缺陷直径变化的数学表达式为：
Y圆柱=(4.0429*10-6+4.9339*10-5*F)+(-6.1991*10-8+2.9200*10-6*F)*D拟合曲线如图4所示。
当缺陷直径为14mm时，管道外壁应变随压力和腐蚀深度变化的数学表达式为：Y圆柱=（y0=4.1407*10-6+6.1427*10-5*F）+（-1.8560*10-8+4.2780*10-8*F）*e(0.6928*h)拟合曲线如图5所示。
以此类推拟合各个缺陷深度以及缺陷直径的数学表达式，由于在弹性范围内，管道应变与内压呈线性关系，拟合入压力后最终确定圆柱型缺陷管道外壁应变随缺陷深度、缺陷直径和工作压力变化的数学模型表达式为：Y圆柱
=F*[(1.8846*10-4+2.6479*10-7*e0.5667*h)+(2.5216*10-6-3.6172*10-8*e0.6286*h)*D]/3.3
6）建立软件评估系统
将以上得出的数学模型方程编程写入软件，利用无损检测手段获取管道内缺陷深度及直径，将数值输入软件直接通过编写的软件就可以获知任何参数下的管道外壁应变值。并根据标准将管道临界应变值编入软件从而实现管道的评估。本软件以预报警形式体现。本实验中监测到缺陷深度为9mm，直径为13mm，管道当时内压为5MPa，通过软件计算得出管道外壁应变值为398με。根据标准此应变不会影响管道正常使用。
本实施例基于有限元剩余强度评价，与数学模型相结合，既弥补了传统评价的保守又避免了每次评估都要建立复杂模型花费大量的时间，具有所述的积极效果。
Claims (3)
1.一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特征是：强度智能分析方法步骤为：
1）根据缺陷几何形状建立贴合实际的模型
将几种管道腐蚀缺陷形状近似简化为规则的几何形状；
2）有限元网格划分
根据腐蚀管道的机构特点，选用三维10节点四面体单元进行自由网格划分，在靠近缺陷的部位进行细化网格；
3）对设计模型加载边界条件
对管道模型加载边界约束及压力载荷，进行静力分析；
4）对受力管道模型进行求解计算
根据管道缺陷腐蚀发展变化情况，针对不同腐蚀缺陷形状分组进行求解计算；
5）提取计算结果
将缺陷周围管道外壁应力应变值提取出来，绘制曲线，并根据腐蚀深度及面积发展分组整合曲线图；
6）建立管道外壁受力数学模型
利用管道受腐蚀影响的最大位置所产生应变值建立起管道应变值与体积型缺陷深度、直径、及管道内压力的数学关系模型；
7）建立软件评估系统
通过软件编程将几种体积型缺陷的数学关系模型方程写入软件，建立软件评估系统；并根据标准将管道临界应变值编入软件从而实现管道的评估。
2.根据权利要求1所述的基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特征是：根据缺陷几何形状建立贴合实际的模型时，将几种管道腐蚀缺陷形状近似简化为圆柱型、瓦罐型、球冠型和圆锥型。
3.根据权利要求1所述的基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法，其特征是：求解计算并提取计算结果时，根据腐蚀缺陷深度及面积发展情况，分别对缺陷深度为1/4、1/2、2/3、3/4、4/5、9/10管道壁厚以及缺陷直径为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm两两对应进行多组计算；提取一个缺陷深度对应不同直径以及一个缺陷直径对应不同深度的缺陷附近管道外壁应变值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104120319A CN102955880A (zh) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | 一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104120319A CN102955880A (zh) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | 一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102955880A true CN102955880A (zh) | 2013-03-06 |
Family
ID=47764680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012104120319A Pending CN102955880A (zh) | 2012-10-24 | 2012-10-24 | 一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102955880A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104807966A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-07-29 | 上海化学工业区公共管廊有限公司 | 一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法 |
| CN104899395A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-09 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 阀体局部减薄的分析方法 |
| CN105302946A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-02-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种腐蚀管道可靠度确定方法及装置 |
| CN107490618A (zh) * | 2017-10-09 | 2017-12-19 | 西南石油大学 | 一种含缺陷钢质管道自漏磁场磁感应强度的计算方法 |
| CN107657096A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-02-02 | 内蒙古北方重型汽车股份有限公司 | 基于有限元的矿用自卸车车厢强度评估方法 |
| CN108108511A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-06-01 | 国网江苏省电力公司盐城供电公司 | 一种电缆机械效应的有限元分析方法 |
| CN109059813A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-21 | 上海市特种设备监督检验技术研究院 | 一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法 |
| CN109115980A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-01-01 | 四川大学 | 一种基于无缝表征模型的点蚀管道剩余强度评估方法 |
| CN110765505A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-02-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种含表面划伤复合凹陷油气管道极限内压的预测方法 |
| CN111400839A (zh) * | 2020-04-04 | 2020-07-10 | 长江大学 | 一种表面含球形刮痕和压痕的连续管安全评价方法 |
| CN112115572A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 西南石油大学 | 一种管道凹陷缺陷的安全评价方法 |
| CN115906710A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322609A (ja) * | 2002-04-27 | 2003-11-14 | Sakai Iron Works Co Ltd | 断面に欠損を生じた円形鋼管部材の残存強度の評価法。 |
| CN102567567A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-07-11 | 北京宇航系统工程研究所 | 一种基于有限元分析的管路随机振动疲劳寿命分析方法 |
-
2012
- 2012-10-24 CN CN2012104120319A patent/CN102955880A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003322609A (ja) * | 2002-04-27 | 2003-11-14 | Sakai Iron Works Co Ltd | 断面に欠損を生じた円形鋼管部材の残存強度の評価法。 |
| CN102567567A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-07-11 | 北京宇航系统工程研究所 | 一种基于有限元分析的管路随机振动疲劳寿命分析方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 程方杰等: "含体积型缺陷管线表面应力应变状态的有限元模型分析及试验验证", 《压力容器》 * |
| 马业华等: "基于VC、ANSYS和Access的含缺陷管道安全评定系统", 《管道技术与设备》 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104807966A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-07-29 | 上海化学工业区公共管廊有限公司 | 一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法 |
| CN104899395A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-09 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 阀体局部减薄的分析方法 |
| CN104899395B (zh) * | 2015-06-19 | 2018-12-04 | 国核电站运行服务技术有限公司 | 阀体局部减薄的分析方法 |
| CN105302946A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-02-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种腐蚀管道可靠度确定方法及装置 |
| CN105302946B (zh) * | 2015-10-13 | 2018-10-16 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种腐蚀管道可靠度确定方法及装置 |
| CN107657096A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-02-02 | 内蒙古北方重型汽车股份有限公司 | 基于有限元的矿用自卸车车厢强度评估方法 |
| CN107490618A (zh) * | 2017-10-09 | 2017-12-19 | 西南石油大学 | 一种含缺陷钢质管道自漏磁场磁感应强度的计算方法 |
| CN108108511A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-06-01 | 国网江苏省电力公司盐城供电公司 | 一种电缆机械效应的有限元分析方法 |
| CN109059813A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-21 | 上海市特种设备监督检验技术研究院 | 一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法 |
| CN109115980A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-01-01 | 四川大学 | 一种基于无缝表征模型的点蚀管道剩余强度评估方法 |
| CN110765505A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-02-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种含表面划伤复合凹陷油气管道极限内压的预测方法 |
| CN110765505B (zh) * | 2019-09-17 | 2023-06-30 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种含表面划伤复合凹陷油气管道极限内压的预测方法 |
| CN111400839A (zh) * | 2020-04-04 | 2020-07-10 | 长江大学 | 一种表面含球形刮痕和压痕的连续管安全评价方法 |
| CN111400839B (zh) * | 2020-04-04 | 2023-05-26 | 长江大学 | 一种表面含球形刮痕和压痕的连续管安全评价方法 |
| CN112115572A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 西南石油大学 | 一种管道凹陷缺陷的安全评价方法 |
| CN115906710A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法 |
| CN115906710B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-03-01 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种高压空气管路流动介质应力分布的模拟方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102955880A (zh) | 一种基于有限元的含缺陷管线强度智能分析方法 | |
| CN110822294B (zh) | 一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法 | |
| CN103076394B (zh) | 基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法 | |
| WO2020019681A1 (zh) | 采油设备故障诊断方法及装置 | |
| CN103954444B (zh) | 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法 | |
| CN102927449B (zh) | 一种基于模拟仿真技术的管网微小泄漏缺陷检测方法及系统 | |
| CN111365623B (zh) | 一种基于线性拟合的负压波拐点识别方法 | |
| CN105302946A (zh) | 一种腐蚀管道可靠度确定方法及装置 | |
| CN107860434B (zh) | 一种车用燃油箱标定系统的标定方法 | |
| CN111222095A (zh) | 一种大坝变形监测中的粗差判别方法、装置及系统 | |
| CN104504274B (zh) | 一种管道指标确定方法及装置 | |
| Gao et al. | Mechanical damage in pipelines: a review of the methods and improvements in characterization, evaluation, and mitigation | |
| CN117367688B (zh) | 一种玻璃钢管气密性检测分析方法 | |
| CN105067079A (zh) | 液位检测装置及其控制方法 | |
| Johnson et al. | A parametric finite element study for determining burst strength of thin and thick-walled pressure vessels | |
| CN109374072A (zh) | 发动机油耗检测系统及其方法 | |
| CN203216822U (zh) | 一种抗硫化氢应力腐蚀开裂弯曲试验装置 | |
| CN109059813B (zh) | 一种起重机械钢结构腐蚀强度检测方法 | |
| CN109884179B (zh) | 一种预应力钢筒混凝土管状态的检测方法及装置 | |
| CN202868318U (zh) | 一种基于模拟仿真技术的管网微小泄漏缺陷检测系统 | |
| CN115048832A (zh) | 蠕变疲劳载荷作用下高温管道的损伤容限评定方法及系统 | |
| CN113623069A (zh) | 一种发动机ems爆震识别效果的评估方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN115511143A (zh) | 高压管汇的寿命预测方法及预测装置 | |
| CN112115572A (zh) | 一种管道凹陷缺陷的安全评价方法 | |
| CN105759076A (zh) | 一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130306 |