CN113375883A - 深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，包括：对样管焊缝两端0‑500mm处分别进行尺寸测量，并将壁厚不均度和不圆度最大的轴向方向作为危险方向；以危险方向为初始轴向基准方向，在样管距焊缝45‑55mm处环形上安装应变片；对样管进行不同应力水平的疲劳共振试验，应变片采集轴向应变和环向应变，获得若干条环向与轴向的应力比值曲线；观察远离共振疲劳试验机一侧的应力比值曲线，当该侧的任意一条应力比值曲线的应力比值开始增加，并且增加比例大于初始数值的40％‑50％，则可判定样管疲劳裂纹已产生；本发明能够具体直观的发现并跟踪判定试样断裂失效的过程，从而降低试验危险系数。
Description
技术领域
本发明属于深海管线管性能判断技术领域，尤其涉及深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法。
背景技术
随着海洋油气工程的不断开发，新型深水管道系统的发展需求逐渐提高，海洋管道的疲劳问题逐渐引起重视，整管和焊缝部分的疲劳寿命成为影响深海平台发展的重要因素。目前，深海管道高级钢的研发以及焊接工艺的改善一直在进行，已有多种类型疲劳试验机用于开展深海管道疲劳性能研究，通过进行全尺寸疲劳试验以评估管道抗疲劳寿命，但试验过程中，样管开始失效至完全失效过程没有直接的判定方法，无法排除设备故障等外界因素的干扰。
因此，基于这些问题，提供一种能够具体直观的发现并跟踪判定试样断裂失效的过程，从而降低试验危险系数的深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够具体直观的发现并跟踪判定试样断裂失效的过程，从而降低试验危险系数的深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，包括如下步骤：
对样管焊缝两端0-500mm处分别进行尺寸测量，并获取管壁厚不均度和不圆度，并将壁厚不均度和不圆度最大的轴向方向作为危险方向；
以危险方向为起始基准方向，在样管距焊缝45-55mm处环形上均匀安装4-8组应变片；
利用共振疲劳试验机对样管进行不同应力水平的疲劳共振试验，所述应变片采集轴向应变和环向应变，并将采集的数据传输到处理模块，处理模块对数据进行处理，获得若干条环向与轴向的应力比值曲线；
在疲劳共振试验过程中，观察远离共振疲劳试验机一侧的应力比值曲线，当该侧的任意一条应力比值曲线的应力比值开始增加，并且增加比例大于初始数值的40％-50％，则可判定样管疲劳裂纹已产生，最先出现应力比值增加点为失效起源点。
进一步的，所述样管在疲劳失效前环向与轴向的应力比值曲线平稳连续。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明能够具体直观的发现并跟踪判定试样断裂失效的过程，减少因设备原因误导造成停机探伤查看的次数；
2、本发明对部分需要管体内有高压水或气体的试验，能提前预判试验失效时间，从而降低试验危险系数；
3、本发明装置结构简单，易于实现，可利用现有设备进行改装，易于在现有其他相关试验设备中使用与推广。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明实施例中提供的应力片的环形安装示意图；
图2为本发明实施例中提供的应力片的具体安装示意图；
图3为本发明实施例中提供的失效前应力比值曲线示意图；
图4为本发明实施例中提供的失效过程应力比值曲线示意图；
图5为本发明实施例中提供的失效后应力比值曲线示意图；
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面就结合图1-5来具体说明本发明。
实施例1
深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，包括如下步骤：
对样管焊缝两端0-500mm处分别进行尺寸测量，并获取管壁厚不均度和不圆度，并将壁厚不均度和不圆度最大的轴向方向作为危险方向；
以危险方向为起始基准方向，在样管距焊缝45-55mm处环形上均匀安装4-8组应变片，需要说明的是，在安装应变片的时候，以危险方向为轴向基准方向，在样管距焊缝45-55mm处安装一组应变片，然后环形再均匀安装其他组应变片；
利用共振疲劳试验机对样管进行不同应力水平的疲劳共振试验，所述应变片采集轴向应变和环向应变，并将采集的数据传输到处理模块，处理模块对数据进行处理，获得若干条环向与轴向的应力比值曲线；
在疲劳共振试验过程中，观察远离共振疲劳试验机一侧的应力比值曲线，当该侧的任意一条应力比值曲线的应力比值开始增加，并且增加比例大于初始数值的40％-50％，则可判定样管疲劳裂纹已产生，最先出现应力比值增加点为失效起源点。
进一步的，所述样管在失效前环向与轴向的应力比值曲线平稳连续。
作为举例，在本实施例中，对样管进行疲劳共振失效试验，首先对样管进行尺寸测量，测量项目包括外径和壁厚，通过计算得出样管壁厚不均度和不圆度，根据测量和计算结果，将壁厚不均度和不圆度较大的点和轴向方向评估为危险点和危险方向，以危险点和危险方向为基准位置，如图1所示，管体表面在距离焊缝两侧45-55mm处分别粘贴四组应变片(两侧的粘贴点分别为A、C、G、E)，每组应变片包括第一单栅应变片1、第二单栅应变片2，两个单栅应变片分别测量环形、轴向的应变，应变片设置在样管上每间隔90度的位置，焊缝右侧为共振疲劳试验机设置方向；如图2所示，两个单栅应变片为一组粘贴于焊缝一侧，测量轴向应变和环向应变，并统计两方向应变在特定时间周期内的最大值与最小值。
利用共振疲劳试验机，对样管进行不同应力水平的疲劳共振试验。根据应变片采集的数据，描绘环向与轴向的应力比值曲线。其中，疲劳试验激振频率为中频或高频，考虑到数据真实完整性，设定数据处理存储周期为0.1-1s。如图3所示，A线为失效前最大应力比值，B线为失效前最小应力比值。利用图2中单栅应变片采集的应变数据，将环向应变的最大值除以轴向应变的最小值并取绝对值得到失效前最大应力比值，将环向应变的最小值除以轴向应变的最大值并取绝对值得到失效前最小应力比值。失效前，应力比值接近泊松比，曲线平稳连续。当试样在对应应力水平的载荷下振动一定次数后，试样接近其疲劳寿命，振动稳定性降低。在失效过程中，焊缝左端(远共振疲劳试验机端)应变比值逐步升高，如图4所示。根据试验经验，振动后期样管单点部分应力比值曲线发生变化，截面上相邻点应力比值无明显变化，可根据此判定应力比值变化的单点位置为失效起源点。相同原理，通过观察对称位置和相邻位置应力比值曲线可以发现，对称位置应力比值变化的时间稍滞后于起源点应力比值变化的时间，相邻位置的应力比值变化时间滞后于起源点对称位置应力比值变化的时间，可以理解为失效裂纹向相邻位置的扩展。如图5所示，当提高激振频率样管各点振动应变值均难达到试验应力水平的要求时，应力比值已达到1，其中，C线为失效后最大应力比值，D线为失效后最小应力比值。利用图2中单栅应变片采集的应变数据，将环向应变的最大值除以轴向应变的最小值并取绝对值得到失效后最大应力比值，将环向应变的最小值除以轴向应变的最大值并取绝对值得到失效后最小应力比值。当停机查看可通过超声或渗透方式监测甚至肉眼发现失效位置。
利用本试验方法，进行了相关试验的数据采集整理，验证了本试验方法的有效性。对试验条件为大应变范围的全尺寸整管共振疲劳试验，可观测到应变比值变化整体过程(应力比值开始变化到比值增大1)，该过程所用时间约为10s。而现有整管疲劳共振试验机的工作机理为：设定内压检测和应变检测。当该检测手段提示报警时，手动或自动停机时间已远超过本试验方法的预判时间，裂纹等失效现象更剧烈，对设备的损伤更大，试验操作安全系数更低。因此，可利用本试验方法，设计编写数据处理软件，作为报警系统插件，提高试验操作的安全性。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (2)
1.深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，其特征在于：包括如下步骤：
对样管焊缝两端0-500mm处分别进行尺寸测量，并获取管壁厚不均度和不圆度，并将壁厚不均度和不圆度最大的轴向方向作为危险方向；
以危险方向为初始轴向基准方向，在样管距焊缝45-55mm处环形上均匀安装4-8组应变片；
利用共振疲劳试验机对样管进行不同应力水平的疲劳共振试验，所述应变片采集轴向应变和环向应变，并将采集的数据传输到处理模块，处理模块对数据进行处理，获得若干条环向与轴向的应力比值曲线；
在疲劳共振试验过程中，观察远离共振疲劳试验机一侧的应力比值曲线，当该侧的任意一条应力比值曲线的应力比值开始增加，并且增加比例大于初始数值的40％-50％，则可判定样管疲劳裂纹已产生，最先出现应力比值增加点为失效起源点。
2.根据权利要求1所述的深海管线管全尺寸共振疲劳失效的跟踪判定方法，其特征在于：所述样管在疲劳失效前环向与轴向的应力比值曲线平稳连续。
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