CN109255135B - 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法 - Google Patents

高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109255135B
CN109255135B CN201710566609.9A CN201710566609A CN109255135B CN 109255135 B CN109255135 B CN 109255135B CN 201710566609 A CN201710566609 A CN 201710566609A CN 109255135 B CN109255135 B CN 109255135B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crack
circumferential inner
incubation period
pipeline
predicting
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.)
Active
Application number
CN201710566609.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109255135A (zh
Inventor
徐连勇
邬栋权
荆洪阳
韩永典
赵雷
吕小青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710566609.9A priority Critical patent/CN109255135B/zh
Publication of CN109255135A publication Critical patent/CN109255135A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109255135B publication Critical patent/CN109255135B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/14—Pipes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明公开了高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：(1)首先确定高温管道中椭圆形周向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c，代入本发明拟合的函数关系中，计算得到ti。本发明的有益效果是:利用大量模拟数据，拟合提出了高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，使得孕育期的预测更加简单方便。

Description

高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法
技术领域
本发明涉及高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测工程临界评价，也就是确定高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹下时，评价此高温管道的孕育期。
背景技术
高温环境下服役的蒸汽管道，在生产和服役的过程中难免会产生各种缺陷。蠕变裂纹的萌生和扩展是含缺陷高温构件的一个主要失效机制，并导致其在设计寿命之前失效。而蠕变裂纹的孕育期在高温部件的服役寿命中占有很大比重，为了确保高温环境下服役的部件的可靠性，对蠕变裂纹孕育期的研究也就显得愈加重要。蠕变萌生定义为显微裂纹(或孔洞)首次连接形成主要裂纹的时间。而孔洞和显微裂纹的产生和长大连接过程称为损伤。大量的理论和实验证明，蠕变裂纹萌生以及扩展是造成服役管道失效的主要原因。
国外学者提出了基于韧性耗散模型改进后的孕育期预测模型，该模型考虑了在不同应力状态下所发生的蠕变萌生。但是该预测模型目前只是用于标准的紧凑拉伸试样的孕育期预测，对于实际的服役管道的应用还有一定局限。所以，亟需提出一个有效的计算高温管道中孕育期预测模型，以简化工程应用。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：
(1)首先确定高温管道中椭圆形周向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；
(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c，代入下述关系式式I中，计算得到孕育期ti，其中ti的单位为h：
Figure BDA0001348539050000011
优选的，所述高温管道为电站锅炉的服役温度650度下的管道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测模型和方法，本发明利用大量模拟数据，拟合提出了含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测模型。使用高温管道模型，计算提取孕育期，本发明的有益效果是:提出了高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测模型，本设计方法能够将简化的高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期的模型中。
附图说明
图1所示为本发明的高温管道含椭圆形周向内表面裂纹的有限元模型示意图。
图2所示为图1中裂纹前沿的结构示意图，即裂纹前沿的周向截面图。
具体实施方式
下面结合具体实例进一步说明本发明的技术方案。
本发明的高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：
S1：建立如图1所示的高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测模型，所述模型包括高温管道本体，在高温管道周向截面上插入预制内表面裂纹，所述高温管道本体的内部施加恒定压力载荷，所述压力载荷的方向垂直于管道管壁。通过后处理中的自定义变量获取损伤值随时间的变化，所研究的裂纹前沿位置(如图1所示，裂纹前沿位置是指裂纹端部在周向截面上的部分)d(mm)的损伤值ω最先达到1的位置为萌生位置，对应的时间即为孕育期；d是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离，d取所研究材料的晶粒尺寸。
S2：通过有限元模拟可以获得含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期；在不同的几何尺寸和载荷条件下，获得的具体数据。
所述有限元模拟采用abaqus完成，ti的提取过程包括以下步骤：
(1)在S1建立的模型基础上，在材料属性模块里设置弹性塑性参数，在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件，所述拘束条件包括对称条件和固定条件，在分析步模块里设置好输出参量：损伤值ω，在网格模块划分网格；
(2)在作业模块提交任务计算，获得管道蠕变的计算结果，结果文件中，从自定义变量中可以获取损伤值ω；
(3)通过后处理中的自定义变量获取损伤值随时间的变化，当所研究的裂纹前沿位置d的损伤值ω达到1的时候即为孕育期；
(4)得到不同裂纹深度比率a/t(其中a(mm)为裂纹深度，t(mm)为管道厚度(见图2)。)、
裂纹长度比率a/c(2c(mm)是裂纹长度)、内压P(MPa)情况下的孕育期ti(h)数据如下所示：
Figure BDA0001348539050000021
Figure BDA0001348539050000031
S3：根据数据建立孕育期ti关于裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P等变量的函数；
Figure BDA0001348539050000032
其中：P′是归一化的内压：P′＝P/(1MPa)。
本实施例选取P92高温耐热钢，以a/t＝0.3，a/c＝0.65，P＝20MPa，的含椭圆形周向内表面裂纹的高温管道作为研究对象。其主要材料属性见下表：
Figure BDA0001348539050000033
(1)确定裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P等参数：
a/t＝0.3，a/c＝0.65，P＝20MPa；
(2)带入上述公式中计算含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测模型：
P′＝20
Figure BDA0001348539050000034
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，包括以下步骤：
(1)首先确定高温管道中椭圆形周向内表面裂纹的裂纹深度比率a/t、裂纹长度比率a/c、内压P，其中a为裂纹深度，t为管道厚度，2c是裂纹长度，a、t、c的单位均为mm，P的单位为MPa；
(2)将内压P归一化，得到P′，其中P′＝P/(1MPa)，将P′以及步骤(1)中的a/t、a/c，代入下述关系式式I中，计算得到孕育期ti，其中ti的单位为h：
Figure FDA0001348539040000011
2.如权利要求1所述的高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法，其特征在于：所述高温管道为电站锅炉的服役温度650度下的管道。
CN201710566609.9A 2017-07-12 2017-07-12 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法 Active CN109255135B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710566609.9A CN109255135B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710566609.9A CN109255135B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109255135A CN109255135A (zh) 2019-01-22
CN109255135B true CN109255135B (zh) 2023-01-24

Family

ID=65051513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710566609.9A Active CN109255135B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109255135B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301335A (zh) * 1997-12-19 2001-06-27 埃克森美孚上游研究公司 用于容纳、运输低温流体的工艺部件、容器及管路
CN103659167A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 北京首宏钢重型装备技术有限公司 一种管件加工方法
CN104142272A (zh) * 2014-07-22 2014-11-12 广东电网公司电力科学研究院 一种超超临界锅炉过-再热器受热面寿命评估方法
CN104156577A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 广东电网公司电力科学研究院 一种超超临界锅炉异种钢管焊接接头寿命评估方法
CN104498958A (zh) * 2014-12-09 2015-04-08 孟红琳 一种海上油田采出油管道中使用的硫化氢缓蚀剂的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301335A (zh) * 1997-12-19 2001-06-27 埃克森美孚上游研究公司 用于容纳、运输低温流体的工艺部件、容器及管路
CN103659167A (zh) * 2012-09-11 2014-03-26 北京首宏钢重型装备技术有限公司 一种管件加工方法
CN104142272A (zh) * 2014-07-22 2014-11-12 广东电网公司电力科学研究院 一种超超临界锅炉过-再热器受热面寿命评估方法
CN104156577A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 广东电网公司电力科学研究院 一种超超临界锅炉异种钢管焊接接头寿命评估方法
CN104498958A (zh) * 2014-12-09 2015-04-08 孟红琳 一种海上油田采出油管道中使用的硫化氢缓蚀剂的制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
含裂纹型缺陷油气管道剩余强度评价标准对比分析研究;杨锋平等;《石油管材与仪器》;20161215(第06期);第83-87页 *
在用检验结果对P92钢的焊接工艺优化研究;李孝露等;《焊接技术》;20150328(第03期);第48-51页 *
氢环境中含轴向裂纹管道扩展孕育期的计算;张对红等;《油气储运》;19991231(第04期);第15-21页 *
氢环境中管道轴向裂纹扩展孕育期的计算;张对红;《管道技术与设备》;19991020(第05期);第1-4页 *
用断裂力学方法确定环焊缝不连续区临界尺寸的综述(二);南京化工学院化机系断裂力学小组;《流体机械》;19801231(第05期);第57-64页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109255135A (zh) 2019-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021104534A1 (zh) 一种并行管道喷射火场景下目标管道动态热失效分析方法
CN108763603B (zh) 一种汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法
CN108256160B (zh) 一种热采工况特殊螺纹接头密封接触压应力的预测方法
Zhu et al. Mechanical plugging—solid expandable tubular refracturing technology
CN109255135B (zh) 高温管道中含椭圆形周向内表面裂纹的孕育期预测方法
CN109255137B (zh) 高温管道中含椭圆形周向外表面裂纹的孕育期预测方法
CN109255136B (zh) 高温管道中含椭圆形轴向内表面裂纹的孕育期预测方法
CN109253930B (zh) 高温管道中含椭圆形轴向外表面裂纹的孕育期预测方法
CN106372275A (zh) 用于蠕变裂纹扩展数值模拟结果的修正方法
Vasovic et al. Determination of stress intensity factors in low pressure turbine rotor discs
CN109959555B (zh) 考虑厚度和裂纹深度影响的中心裂纹拉伸试样的孕育期预测方法
CN110990972A (zh) 一种光热换热器换热管与管板接头抗热冲击简化评定方法
Yu et al. A LCF life assessment method for steam turbine long blade based on Elastoplastic analysis and local strain approach
CN108732032B (zh) 稳态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
CN104794271A (zh) 汽油机排气歧管热负荷分析方法
CN110232196A (zh) 一种特种阀门温度场分析方法
CN108733862B (zh) 稳态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法
Wu et al. Fracture toughness prediction of a valve body: Numerical analysis
CN109932242B (zh) 稳态蠕变条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法
CN112730078A (zh) 核电厂承压主设备及化工机械承压设备断裂韧性分析方法
CN108732029B (zh) 弹性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
CN112052595A (zh) 一种腐蚀钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法
CN109959564A (zh) 考虑厚度和裂纹深度影响的环型拉伸试样的孕育期预测方法
CN117150822B (zh) 界面裂纹的热力耦合应力强度因子计算方法及系统
Kihiu et al. Stress characterization of autofrettaged thick-walled cylinders

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant