CN110631929A - 一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统 - Google Patents

一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统，包括：获取待测管线钢钢板样品；对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力‑应变曲线；从所述工程应力‑应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1‑2％的应变点对应的数据点；对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力‑应变曲线；对所述拟合的应力‑应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率；解决现有的方法管线钢的均匀延伸率测定的结果准确率偏低的技术问题。

Description

一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统
技术领域
本发明涉及管线钢性能测定技术领域，尤其涉及一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统。
背景技术
随着石油天然气资源的快速发展，油气田的开采向着边远荒漠、地震带、极地冻土带等环境苛刻区域发展，这些区域的输送管道容易受到地层移动对管道造成的变形损伤，管线将承受较大的位移及应变，此时的管线失效不再受应力控制，而受应变控制，因此传统的基于应力设计的管道难以满足使用要求。针对这种在大应变环境下服役的输送管道，提出了基于应变设计的管线钢材料。这种基于应变设计的管线钢除要求具有高的强韧性外，还要具有较低的屈强比和较大的均匀延伸率以保证具有较高的极限变形能力。
均匀延伸率是衡量基于应变设计管线钢极限变形能力的重要指标。目前均匀延伸率主要通过拉伸试验提供的工程应力-应变曲线中的最大应力值点对应的应变值来确定。然而现有测定方法的测定结果准确率偏低，造成管线钢现场应用时风险增大。
发明内容
本申请实施例通过提供一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统，解决现有的方法管线钢的均匀延伸率测定的结果准确率偏低的技术问题。
第一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种测定管线钢均匀延伸率的方法，所述方法包括：
获取待测管线钢钢板样品；
对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
可选的，所述对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率，包括：
对拟合的应力-应变曲线对应的公式y＝ax2+bx+c求一阶导数，获得使所述一阶导数为零的极值点x0，所述极值点x0为所述待测管线钢的均匀延伸率；其中，y为应力值，x为应变值。
可选的，所述预设区间的起点为应变值为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1％的应变点对应的数据点。
可选的，所述获取待测管线钢钢板样品，包括：
按照ASTM A370标准，获取待测管线钢钢板样品。
第二方面，本申请通过本申请的另一实施例提供一种测定管线钢均匀延伸率的系统，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取待测管线钢钢板样品；
第一获得模块，用于对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
第二获取模块，用于从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
第二获得模块，用于对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
第三获得模块，用于对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
本发明公开了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的方法，首先，获取待测管线钢钢板样品；对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；然后，从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；最后，对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率；根据API SPEC 5L标准管线钢常采用Rt0.5作为屈服强度点，因此本发明的方法采用0.5％应变点可作为屈服阶段的起始点，而均匀延伸率主要由从屈服点开始到最大应力值点为止这一段的均匀塑性变形大小决定，因此，选取0.5％应变点为起点既充分考虑了均匀延伸率的影响因素，又合理的扩大了拟合数据点范围，拟合数据范围终点的选择降低了超出最大应力值后不均匀变形阶段对均匀延伸率确定的干扰，也有利于提高均匀延伸率测定精确度，并未过多的对数据进行拟合，保证了拟合精确度的同时，不影响数据处理的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种实施例中的测定管线钢均匀延伸率的方法的流程图；
图2是本发明一种实施例中的测定管线钢均匀延伸率的系统图；
图3是本发明一种实施例中为拉伸试验得到的工程应力-应变曲线和最大应力值对应应变点得到的均匀延伸率数值；
图4是在图3的基础上将工程应力-应变曲线上选取预设区间的数据点示意图；
图5是根据图4获得的拟合的应力-应变曲线和均匀延伸率数值。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种测定管线钢均匀延伸率的方法及系统，解决了现有的方法管线钢的均匀延伸率测定的结果准确率偏低的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种测定管线钢均匀延伸率的方法，所述方法包括：
获取待测管线钢钢板样品；对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
需要说明的是，由于均匀延伸率就是要获得最大应力对应的应变值，而工程应力-应变曲线实际是由非常多的密集的数据点构成，基于应变设计的管线钢的拉伸曲线形状往往是圆屋顶型，这就造成在最大应力值点附近很小的应力值变化就会使相应的应变值产生较大程度的波动，从而使均匀延伸率难以精确确定。但进一步的试验和分析发现，影响均匀延伸率的数据波动点不止在最大应力值附近，由于均匀延伸率主要由从屈服点开始到最大应力值点为止这一段的均匀塑性变形大小决定，因此数据点的选择会对延伸率的准确性有较大影响，选的过多，数据处理效率低，选的过少或不合理，得到的拟合结果准确性低。根据API SPEC 5L标准对管线钢屈服点的界定和实际拉伸变形的情况将0.5％应变点作为屈服阶段的起始点最为合理。
此外，合适的数据拟合范围可避免数据量过少，导致拟合曲线偏离真实数据，使数据拟合更准确，得到的最大应力对应的应变值更准确。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
本实施例中，一种测定管线钢均匀延伸率的方法，参见图1，所述方法包括以下步骤：
S101、获取待测管线钢钢板样品；
S102、对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
S103、从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
S104、对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
S105、对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
下面结合附图，以对一种X70级管线钢的均匀延伸率进行了测定为例，对各步骤进行详细的解释。
参见图1，首先执行S101，获取待测管线钢钢板样品。
具体的，对一种X70级管线钢钢板按照ASTM A370标准取样并进行拉伸试验，由拉伸试验得到钢板的工程应力-应变曲线。
接下来，执行S102，对所述管线钢钢板样品。
具体的，对上述样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线。拉伸试验为本领域常用的试验类型，相应的，获得的工程应力-应变曲线。图3为获得的工程应力-应变曲线以及其最大应力值点。
接下来，执行S103，从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；
其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点。
具体的，这里终点为最大应力值对应的应变值增加1％或2％的应变点对应的数据点，图4为获取的数据点集合的范围，其中，终点为增加1％的应变点对应的数据点。
接下来，执行S104，对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线。图5为拟合获得的应力-应变曲线曲线。
接下来，执行S105，对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
具体的，所述对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率，包括：
对拟合的应力-应变曲线对应的公式y＝ax2+bx+c求一阶导数，获得使所述一阶导数为零的极值点x0，所述极值点x0为所述待测管线钢的均匀延伸率；其中，y为应力值，x为应变值。
求导即为数学上的一般公知概念，当一阶导数为零时，对应的X值为使Y最大的数值。
图5中示出了具体的公式以及其解析获得的最值点。
有上述实施例可见，采用本实施例方法拟合得到的应力-应变曲线的相关系数R2＝0.977，可靠性较高。
作为对比实施例，采用工程应力-应变曲线中的最大应力值对应应变点方法得到的均匀延伸率为8.0％，而采用本发明方法拟合曲线并求解拟合公式极值点确定的均匀延伸率则为6.8％，差别明显，且根据多次拉伸试验验证，其均匀延伸率的均值为7.0％，与对比实施例中获得的8.0％相差较大，而与本发明获得的数据结果基本一致，因此，本发明的方法获得的管线钢的均匀延伸率更准确，且获取效率高。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本实施例的方法，首先，获取待测管线钢钢板样品；对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；然后，从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；最后，对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率；根据API SPEC 5L标准管线钢常采用Rt0.5作为屈服强度点，因此本发明的方法采用0.5％应变点可作为屈服阶段的起始点，而均匀延伸率主要由从屈服点开始到最大应力值点为止这一段的均匀塑性变形大小决定，因此，选取0.5％应变点为起点既充分考虑了均匀延伸率的影响因素，又合理的扩大了拟合数据点范围，拟合数据范围终点的选择降低了超出最大应力值后不均匀变形阶段对均匀延伸率确定的干扰，也有利于提高均匀延伸率测定精确度，并未过多的对数据进行拟合，保证了拟合精确度的同时，不影响数据处理的效率。
实施例二
本实施例中，一种测定管线钢均匀延伸率的系统，参见图2，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取待测管线钢钢板样品；
第一获得模块，用于对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
第二获取模块，用于从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
第二获得模块，用于对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
第三获得模块，用于对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
由于本实施例所介绍的测定管线钢均匀延伸率的系统为实施本申请实施例一种测定管线钢均匀延伸率的方法所采用的系统，故而基于本申请实施例一中所介绍的测定管线钢均匀延伸率的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的系统的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该系统如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中测定管线钢均匀延伸率的方法所采用的系统，都属于本申请所欲保护的范围。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种测定管线钢均匀延伸率的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测管线钢钢板样品；
对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变值为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率，包括：
对拟合的应力-应变曲线对应的公式y＝ax2+bx+c求一阶导数，获得使所述一阶导数为零的极值点x0；其中，所述极值点x0为所述待测管线钢的均匀延伸率，y为应力值，x为应变值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设区间的起点为应变值为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1％的应变点对应的数据点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待测管线钢钢板样品，包括：
按照ASTM A370标准，获取待测管线钢钢板样品。
5.一种测定管线钢均匀延伸率的系统，其特征在于，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取待测管线钢钢板样品；
第一获得模块，用于对所述管线钢钢板样品进行拉伸试验，获得工程应力-应变曲线；
第二获取模块，用于从所述工程应力-应变曲线中获取预设区间的数据点集合；其中，所述预设区间的起点为应变为0.5％对应的数据点，终点为最大应力值对应的应变值增加1-2％的应变点对应的数据点；
第二获得模块，用于对所述数据点集合进行拟合，获得拟合的应力-应变曲线；
第三获得模块，用于对所述拟合的应力-应变曲线对应的公式进行解析，获得所述待测管线钢的均匀延伸率。
6.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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