NO341762B1

NO341762B1 - Fremgangsmåte for lokal bulkytelsesevaluering for stålrør, fremgangsmåte for stålrørkonstruksjon, fremgangsmåte for stålrørfremstilling, og stålrør

Info

Publication number: NO341762B1
Application number: NO20074000A
Authority: NO
Inventors: Nobuhisa Suzuki; Katsumi Masamura
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2018-01-15
Also published as: US20090208768A1; EP1843143A4; CA2599755A1; EP1843143B1; CA2599755C; CN101133312B; US8191221B2; CN101133312A; US8875366B2; EP1843143A1; NO20074000L; WO2007069339A1; US20120143527A1

Abstract

En fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør som kan evaluere om et stålrør av strekkgrenseplatåmodellen kan brukes som krever høy lokal buklingsytelse, feks. rørledninger, er tilveiebrakt. En spesifikk løsningsmåte omfatter et første trinn for å oppnå et belastnings/formendringsforhold for et materiale med et strekkgrenseplatå i belastnings/formendringsforholdet, et andre trinn for å bestemme sammenligningen av en startformendring av en formendringsherding i belastnings/formendringsforholdet oppnådd i det første trinn og en kritisk formendring av stålrøret og et tredje trinn for å evaluere at stålrøret har muligheten for å kunne brukes i en struktur som krever plastisk design når den kritiske formendring bestemmes å være større enn startformendringen av formendringsherdingen i det andre trinn og evaluere at stålrøret ikke har noen mulighet for å kunne brukes i en struktur som krever plastisk design når den kritiske formendring bestemmes å være ikke større enn startformendringen av formendringsherdingen i det andre trinn.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å evaluere lokal bukling av stålrør for bruk i gass- og petroleumsrørledninger osv., en fremgangsmåte for å konstruere stålrør, en fremgangsmåte for å fremstille stålrør og et stålrør.

Konstruksjon av gassrørledninger og petroleumsrørledninger har blitt foretatt ut fra energitilførsel. I senere år har mange gassfelt som befinner seg fjernt fra forbruksområdene blitt utviklet i samsvar med et økt behov for naturgass. Således har nyere rørledninger blitt lengre med større diameter og høyere trykk for storskalatransportering.

Slike nye rørledninger bruker stålrør med stor styrke siden de må kunne motstå et stort innvendig trykk til tross for stor diameter og liten rørtykkelse. Dette på grunn av at kostnaden for sveising på stedet og kostnaden for å transportere rørene kan reduseres ved å minske rørtykkelsen og den totale kostnaden av rørledningskonstruksjonen og bruken kan således minskes. Selv om stålrør helt kan utnytte råmaterialets duktilitet under strekkbelastning, vil lokal bukling oppstå under sammentrykkende belastning siden tverrsnittet er sylindrisk og har liten tykkelse. Mens den ensartede forlengelse er omtrent 10 %, vil kritisk belastning under sammentrykkende last være omtrent 1 til 2 % og følgelig vil den kritiske strekkfasthet være en avgjørende faktor i en rørledning av plast. Især vil stålrør med liten tykkelse ha en mindre kritisk strekkfasthet og det er således viktig å øke den kritiske strekkfasthet.

Følgelig har det blitt foreslått å øke den kritiske strekkfasthet for derved å forbedre buklingsytelsen.

Dette innebærer at det blir foretatt en strekkfasthetsprøve ved at den langsgående retning av prøvestykket tilsvarende den aksiale retning av stålrøret, blir brukt for å utføre strekkfastheten. Et stålrør med en positiv nominell strekkfasthetsgradient i den observerte nominelle strekkfasthetskurve ved en belastning fra strekkgrensen til 5 % av belastningsstrekkfastheten viser et betydelig høyere forhold mellom ytterdiameteren/rørtykkelsen, dvs. grensen ved hvilken den lokale bukling oppstår sammenlignet med et stålrør med null eller en negativ, nominell belastnings/nominell belastningsgradient i samme området og vil ikke således forårsake lokal bukling. På grunnlag av disse funn blir et stålrør justert slik at den nominelle belastning/nominelle belastningsgradient ved en belastning fra strekkgrensen til 5 % belastningsstrekkfastheten er positiv i den nominelle stress/nominelle belastningskurve observert av strekkfasthetsprøving i den aksiale retning (se patentdokument 1).

JP 2005196748 A beskriver en metode for å bestemme strekkherdende egenskaper av et rør som kan redusere kostnadene ved sikkerhet, en rørproduksjonsmetode som benytter denne rørstrekkherdingsegenskaps-bestemmelsesmetoden, og et rør og en rørledning produsert ved denne rørproduksjonsmetoden. Fremgangsmåten for å bestemme strekkherdingskarakteristikkene til et rør omfatter rørtilstandsinnstillingstrinnet for å innstille diameteren D, rørtykkelsen t og nødvendig kompresjon, lokal spenningspåføring av et rør, spenningsherdingsegenskapene som oppnår trinn for å bestemme spenningsherdende egenskaper i nærheten av et buklingspunkt for røret som oppfyller betingelsene som er angitt i rørtilstandsinnstillingstrinnet, og trinnet med å anvende de ovenfor angitte strengeherdende egenskaper som betingelser som skal tilfredsstilles av strekk/spenningskurven til røret.

Patentdokument 1: Japansk ikke-gransket patentsøknad 9-196243.

Som beskrevet i patentdokument 1, har det blitt vurdert å bruke et stålmateriale hvis nominelle belastnings/nominelle strekkfasthetsgradient er positiv etter strekkgrensen for å øke stålrørets kritiske formendring eller strekk. Uttrykket "den nominelle belastning/nominelle formendrings eller strekkgradient er positiv", innebærer at belastning/formendringskurven av stålmaterialet er av en kontinuerlig, herdende type (detaljert beskrivelse er gitt nedenfor).

Denne oppfatning har vært gjeldende i rørledningsindustrien i de senere år og materialer av en ikke-kontinuerlig herdende type og med et strekkgrensesnivå har blitt vurdert å være uegnet for rørledninger siden slike materialer ikke oppnår en høy kritisk formendring.

Utrykket "belastnings/formendringskurve av en kontinuerlig, herdende type" innebærer en belastnings/formendringskurve av materialet hvor en glatt kurve blir observert etter det elastiske området etter hvert som belastningen øker med formendringen uten å vise et strekkgrenseplatå (se fig. 12).

Uttrykket "en belastnings/formendringskurve av strekkgrenseplatåtypen", innebærer en kurve med et strekkgrenseplatå etter det lineære området (se fig. 12). Det elastiske området i belastnings/formendringskurven av strekkgrenseplatåtypen som viser en lineær atferd, kalles et "lineært område", som er et område hvor formendingen øker uten økning av belastningen nevnt som "strekkgrenseplatåområdet", og et glatt krummet område etter sluttpunktet av strekkgrenseplatået kalles "formendringsherdeområdet" og formendringen ved hvilken det formendringsherdende området begynner, blir kalt "startspenning av spenningsherdingen" (se fig. 13).

Som nevnt ovenfor har et stålrør med en belastnings/formendringskurve av strekkgrenseplatåtypen (stålrør av en strekkgrenseplatåmodell) har blitt kjent for å ha en kritisk formendring som er mindre enn for stålrør med en kontinuerlig belastnings/formendringskurve av herdetypen. For å oppnå stålrør med høy buklingsytelse, f.eks. for konstruksjon av rørledninger, blir strekkgrenseplatåmodellen av stålrør automatisk eliminert av konstruksjonsmessige årsaker.

Et stålrør av den kontinuerlige herdende modell oppnås ved å regulere den kjemiske sammensetning av stålrøret eller stålplatens utvalsing før rørfremstillingen eller ved å la stålrøret under eller etter stålfremstillingen gjennomgå en varmebehandling eller annen behandling.

Selv om den kontinuerlige herdende type blir opprettholdt under fremstilling av stålrør, kan materialet gjennomgå endringer og vil ikke lenger kunne opprettholde dets kontinuerlige herdende egenskap ved varmebehandling, f.eks. som kreves under belegningsprosessen.

I et slikt tilfelle blir en strekkgrenseplatåmodell brukt og et slikt stålrør anses å ikke egne seg for rørledninger på grunn av dets lave buklingsytelse ifølge den tradisjonelle ide.

Imidlertid er det ikke praktisk uten videre å eliminere slike stålrør selv om dette er vanlig, siden det ikke har blitt mulig å få klarlagt hva som egentlig kreves for stålrør i rørledninger.

Oppfinnelsen tar sikte på å løse dette problemet. Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å evaluere lokal bukling av et stålrør slik at det blir mulig å bestemme om en strekkgrenseplatåmodell kan brukes med høy lokal buklingsytelse, f.eks. i rørledninger.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å konstruere et stålrør ved å bruke den tekniske ide som ligger til grunn for fremgangsmåten for å evaluere lokal buklingsytelse av stålrøret, en fremgangsmåte for å fremstille et stålrør ifølge konstruksjonsfremgangsmåten for stålrøret og et stålrør som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten for å evaluere lokal bukling av stålrøret.

Som beskrevet ovenfor har et stålrør av typen strekkgrenseplatåmodellen en lav buklingsytelse og har vært ansett å ikke egne seg for bruk i rørledninger som krever høy deformeringsytelse.

Ifølge en konvensjonell fremgangsmåte for å evaluere et stålrør som vist på fig. 14(a) om dette stålrøret er av en kontinuerlig herdende modell, vært den eneste evalueringsstandard og egnetheten for rørledninger og lignende har blitt bekreftende evaluert når stålrøret er av en kontinuerlig herdende modell og anvendeligheten for rørledninger og lignende har blitt avslått når stålrøret ikke er av den kontinuerlige, herdende modell, dvs. at når stålrøret er av en strekkgrenseplatåmodell.

Hvis en slik tankemåte opprettholdes, vil et stålrør som opprinnelig er en kontinuerlig, herdende modell, som er endret til en strekkgrenseplatåmodell ved varmebehandling for ekstern belegning eller lignende, ikke lenger brukes i rørledninger.

Nærværende oppfinnere har stilt spørsmål ved den konvensjonelle fremgangsmåte for å bestemme lokal bukling av et stålrør ved enten/eller alternativet, dvs. om stålrøret er av en kontinuerlig herdende modell eller en strekkgrenseplatåmodell. Som vist på fig. 14(b) har nærværende oppfinnere tenkt seg at også et stålrør av en strekkgrenseplatåmodell har en mulighet til å kunne brukes i rørledninger osv. når stålrøret oppfyller en bestemt evalueringsstandard og kan fremvise en lokal buklingsytelse som kan sammenlignes med den kontinuerlig herdende modell. Basert på denne ide har oppfinnerne intensivt undersøkt hvilke betingelser et stålrør av strekkgrenseplatåmodellen bør oppfylle for at stålrøret kan fremvise en lokal buklingsytelse som kan sammenlignes med den kontinuerlig herdende modell og har funnet en evalueringsmåte for dette for fullføring av oppfinnelsen.

Oppfinnerne har først studert årsaken til at strekkgrenseplatåmodellen har en lav, lokal buklingsytelse.

I de tilfellene hvor et stålrør av en strekkgrenseplatåmodell gjennomgår lokal bukling i strekkgrenseplatåområdet, vil en krympning utvikles umiddelbart etter at strekkgrensebelastningen i stålrøret som bukler i strekkgrenseplatåområdet utvikles siden deformeringen fremskrider uten økning av belastningen i strekkgrenseplatået. Således blir den kritiske formendring av stålrøret som bukler i strekkgrenseplatåområdet omtrent likt formendringsgrensen.

Når buklingen oppstår i strekkgrenseplatåområdet, anses således den kritiske formendring å være formendringsgrensen og verdien av denne er liten (omtrent 0,1 % til 0,2 %). Ut fra dette, og for at et stålrør som består av et materiale med et strekkgrenseplatå kan fremvise en høy buklingsytelse som egner seg for rørledninger og lignende, er det tilstrekkelig hvis buklingspunktet av belastnings/formendringskurven ligger etter endepunktet for strekkgrenseplatåområdet (startpunktet for formendringsherdeområdet). Med andre ord har oppfinnerne funnet at det er tilstrekkelig hvis den kritiske formendring er større enn startspenning av spenningsherdingen.

Således har oppfinnerne tenkt seg at hvis det kan påvises om den kritiske formendring av et bestemt stålrør er større enn startspenning av spenningsherdingen, kan det bestemmes om stålrøret har mulighet for å oppnå en høy buklingsytelse. Dette er bakgrunnen for oppfinnelsen.

(1) En fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av stålrør ifølge oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør, rørdiameteren D, rørtykkelsen t og påkrevd, kritisk belastning εreqsom oppgitt og som karakteriseres ved å oppnå et belastnings/formendringsforhold av et materiale med et strekkgrenseplatå i belastnings/formendringsforholdet, bestemme om formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startspenning av spenningsherdingen εHav en belastnings/formendringskurve av belastnings/formendringsforholdet oppnådd befinner seg i et område definert av ligningene nedenfor i et koordinatplan med et ordinat som indikerer εy/m og en abscisse som indikerer εHog evaluere at stålrøret har en mulighet for å kunne brukes i konstruksjon som krever plastisk utforming når disse verdiene er innenfor området og at stålrøret ikke har noen mulighet for å kunne brukes i konstruksjoner som krever en plastisk utforming når disse verdiene befinner seg utenfor området:

<H>

Ligninge 3�

4n �0) og (31) vil nå bli beskrevet.

� �e t (

F <or�hol <de� llom den sammentrykke

<req H>3t� D me nde, kritiske formendring εcrog rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) av stålrøret indikeres av ligning (1.1) som tidligere er beskrevet. Ligning (1.1) plottet med abscissen som indikerer rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) og ordinatet som indikerer den sammentrykkende, kritiske formendring εcr, gir en graf som vist på fig. 4.

Som det fremgår av fig. 4 når D/t av stålrøret er liten (tykkvegget stålrør), blir den sammentrykkende, kritiske formendring εcrstor. Økning av D/t av stålrøret, dvs. minskning av tykkelsen av stålrøret, minsker den sammentrykkende, kritiske formendring εcr. Ved et punkt hvor den sammentrykkende, kritiske formendring εcrblir lik startspenning av spenningsherdingen, vil den sammentrykkende, kritiske formendring εcrdrastisk minske og den sammentrykkende, kritiske formendring εcrblir deretter vesentlig lik formendringsgrensen εy.

Fig. 4 viser at årsaken til at buklingsytelsen av strekkgrenseplatåmodellens stålrør er lav, er den drastiske minskning i den sammentrykkende, kritiske formendring ved punktet hvor den sammentrykkende, kritiske formendring εcrblir lik startspenning av spenningsherdingen εH. Dette er fordi deformeringen i strekkgrenseplatåområdet fortsetter uten minskning i belastning, idet stålrøret som gjennomgår bukling i strekkgrenseplatåområdet får buklingsmodusen til å utvikle seg umiddelbart etter formendringsgrensen. Således blir den sammentrykkende, kritiske formendring nesten lik formendringsgrensen.

Som nevnt ovenfor er en årsak til den lave deformeringsytelsen av et stålrør av en strekkgrenseplatåmodell at den sammentrykkende, kritiske formendring av stålrør som gjennomgår bukling i strekkgrenseplatåområdet, at den er omtrent lik en formendringsgrense. Dette indikerer at verdien av startspenning av spenningsherdingen εHav belastnings/formendringskurven av strekkgrenseplatåmodellens stålrør, dvs. lengden av strekkgrenseplatået, blir involvert i deformeringsytelsen av stålrøret.

Med andre ord kan det tenkes at et stålrør med en mindre startformingsendring av formingsendringsherdingen εH, dvs. et kortere strekkgrenseplatå, fremviser deformeringsytelse som er overlegen i forhold til et stålrør med en stor startspenning av spenningsherdingen εH, dvs. et langt strekkgrenseplatå.

Følgelig er det effektivt å bruke verdien av startspenning av spenningsherdingen εHsom indeks for å evaluere deformeringsytelsen av stålrør av strekkgrenseplatåmodellen.

Oppfinnerne har videre undersøkt indeksen for å evaluere deformeringsytelsen på annen måte enn ved lengden av strekkgrenseplatået.

Oppfinnerne har vært oppmerksomme på at den sammentrykkende, kritiske formendring εcr, ifølge ligning (1.1), øker med ETcr/EScr. Som det fremgår av fig. 15, har oppfinnerne funnet at siden ETcrer en skråning i belastnings/formendringskurven, vil en stor skråning av belastnings/formendringskurven nær sluttpunktet av strekkgrenseplatået forårsake at den sammentrykkende, kritiske formendring εcrblir stor.

Basert på dette funn, har oppfinnerne funnet at det er effektivt å bruke skråningen av belastnings/formendringskurven som indeks for å evaluere deformeringsytelsen av stålrør av strekkgrenseplatåmodellen.

I betraktning av ovenstående, og ved å observere formen av belastnings/formendringskurven, blir det mulig å evaluere deformeringsytelsen. "Formen av belastnings/formendringskurven", som overvåkes her, betyr lengden av strekkgrenseplatået og størrelsen av tangentialstigningen i formendringsherdingsområdet.

Beskrivelsen ovenfor er en skjematisk forklaring på basis av ligning (1.1) på at deformeringsytelsen av et stålrør kan evalueres ved formen av belastnings/-formendringskurven.

Oppfinnerne har videre undersøkt en matematisk ligning som indikerer den sammentrykkende, kritiske formendring av strekkgrenseplatåmodellen ved å omskrive den fundamentale ligning beskrevet ovenfor for å frembringe en kvantitativ evalueringsmetode som bruker matematiske ligninger på basis av ovennevnte funn.

Dette punkt vil nå bli beskrevet i detalj.

Som beskrevet ovenfor kan den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav et stålrør av en strekkgrenseplatåmodell uttrykkes ved den matematiske ligning (11) nedenfor (samme ligning som ligning (2.1) ovenfor):

<(11)>

hvor:

Som beskrevet ovenfor og vist i ligning (11), kan den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav et stålrør av strekkgrenseplatåmodellen uttrykkes ved modulus av spenningsherdingen m som indikerer skråningen av belastnings/-formendringskurven og startspenning av spenningsherdingen εHbrukt som indeks for lengden av strekkgrenseplatået. I beskrivelsen nedenfor bruker fremgangsmåten for å evaluere den lokale buklingsytelse av stålrøret som bruker ligning (11), spesifikt beskrevet.

Merk at anvendelsesområdet av ligning (11) som forutsetter den sammentrykkende, kritiske formendring av en strekkgrenseplatåmodell kan uttrykkes for rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) ved følgende ligning ved å forutsette at den sammentrykkende, kritiske formendring og startspenning av spenningsherdingen er lik. Forutsatt at karakteristikkene av en belastnings/formendringskurve av en strekkgrenseplatåmodell er gitt, blir det maksimale rørdiameter/rørtykkelsesforhold (D/t)maxav vedkommende stålrør uttrykt av ligning (12). Således kan ikke ligning (11) som er ligningen for å forutsette den kritiske formendring, ikke brukes i forbindelse med et stålrør med D/t større enn (D/t)max.

Når rørdiameteren D, rørtykkelsen t og den påkrevde, kritiske belastning εreqer gitt, må følgende krav oppfylles for - at stålrøret produsert av et strekkgrenseplatåmodellmateriale oppfyller den påkrevde<m>,<a>k<x>ritiske b<y>elastnin<H>g εr<H>eqsom kan brukes i forbindelse med stålrør for rørledninger:

(A) Den sammentrykkende, kritiske formendring εcrfor stålrøret er større enn den påkrevde, kritiske belastning εreq.

(B) Stålrøret behøver ikke gjennomgå lokal bukling i strekkgrenseplatåområdet, dvs. at lokal bukling av stålrøret oppstår i formendringsherdingsområdet.

(C) Startspenning av spenningsherdingen er større enn formendringsgrensen.

Med andre ord kan stålrøret evalueres som å være anvendelig for rørledningsstålrør hvis stålrøret oppfyller alle kravene (A) til (C) og kan evalueres som ikke å kunne brukes i rørledninger hvis stålrøret ikke oppfyller et av kravene (A) til (C).

Fig. 16 viser ovennevnte tre forhold som områder i et koordinatplan hvor ordinatet indikerer εyog abscissen indikerer εH.

I beskrivelsen nedenfor er årsakene for de nødvendige tre kravene beskrevet og fig. 16 viser disse forholdene i et skjema.

(A) Forholdet at den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav stålrøret er større enn den påkrevde, kritiske belastning εreq.

Ved den faktiske konstruksjon av stålrør for rørledninger, er den nødvendige verdi av den kritiske formendring (påkrevet kritisk formendring εreq) gitt.

For at stålrøret kan brukes i rørledninger, er det følgelig nødvendig at den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav stålrøret er større enn den påkrevde, kritiske belastning εreq. Ved evaluering om stålrøret kan brukes i rørledninger må det bestemmes om den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav stålrøret er større enn den påkrevde, kritiske belastning εreq.

At den sammentrykkende, kritiske formendring εcrer større enn verdien av den påkrevde, kritiske belastning εreq, kan uttrykkes av ligning (13) nedenfor ut fra ligningen (11):

req cr

Ligning (14) kan oppnås ved å omskrive ligning (13) for ε m. ε

=y/y/m og εHsom oppfyller ulikhetstegnet i ligning (13) former området på og under en rett linje (a) på fig. 16. Den rette linje (a) uttrykkes av ligning<y>(15) o<H>ppnådd ved å erstatte ulikhetstegnet i ligning (14) med et likhetstegn. For kombinasjoner av εy/m og εHpå den rette linje (a), er εcrog εreqlik.

Av sikkerhetsårsaker, og siden εcrkreves å være større enn εreq, blir de valgte εy/m og εHverdier på en rett linje som strekker seg parallelt med og under den rette linje (a). Ved å velge en kombinasjon av εy/m<r>o<eq>g εHpå en rett linje som strekker seg parallelt med og under den rette linje (a), blir med andre ord εcrstørre enn εreq.

Imidlertid kan ikke εreqoverskride den maksimale verdi av εreq(maksimal, sammentrykkende, kritisk formendring εcrmax). Således fins det en grenseverdi for linjen som er parallell med og under den rette linje (a). Grenseverdien vil bli beskrevet nedenfor.

(B) Forholdet at stålrøret ikke gjennomgår lokal bukling i strekkgrenseplatåområdet, dvs. at lokal bukling av stålrøret oppstår i formendringsherdingsområdet.

For at stålrøret skal gjennomgå lokal bukling i belastningsherdingsområdet, er det nødvendig at den sammentrykkende, kritiske formendring εcrer større enn startspenning av spenningsherdingen εH. Dette forhold kan uttrykkes av ligning (16) nedenfor ved å erstatte startspenning av spenningsherdingen εreqpå venstre side av ligning (13) med startspenning av spenningsherdingen εH:

H

Ligning (17) nedenfor oppnås ved å omskrive ligning (16) for εy/m. Verdien av εy/m og εHsom oppfyller ulikhetstegnet i ligning (17) danner et område på og under en kurve (b) på fig. 16. Kurven (b) på fig<y>.16 utt<H>rykkes av ligning (18) oppnådd ved å erstatte ulikhetstegnet i ligning (17) med et likhetstegn. For εy/m og εHpå den rette linje (b), kan den sammentrykkende, kritiske formendring εcrsom kan brukes for stålrør, lik startspenning av spenningsherdingen εreq.

y

H<H>

Koordinatet ( εH)A på abscissen av gjennomskjæringen A mellom den rette linje (a) og kurven (b) er den gitte, påkrevde, kritiske belastning εreq. Koordinatet ( εy/m)A på koordinatet uttrykkes av ligning (1<H>9) nedenfor ved å erstatte den gitte, påkrevde, kritiske belastning εreqi ligning (18) over:

y

Ifølge ligning ( 17) og kurven (b) som indikerer dette på fig. 16, ser det ut som om startspenning av spenningsherdingen εHfår øke uten begrensning. Imidlertid definerer startspenning av spenningsherdingen εH<req>lengden av strekkgrenseplatået og der vil det naturligvis være en maksimal verdi. Denne maksimale verdi er beskrevet nedenfor.

Ligning (20) nedenfor som er en kvadratisk ligning for εH, oppnås ved å omskrive ligning (17) for startspenning av spenningsherdingen εH:

2 y

For at kvadratligningen (20) skal ha en virkelig rot, må diskriminanten være positiv som vist i ligning (21). Forholdet mellom εy/m og t/D kan da uttrykkes av ligning (22). Ligning (22) indikerer domenet av kurven (b) for ordinatet og minimumsverdien for ordinatet av kurven (b) uttrykkes av ligning (23). Ligning (23) er koordinatet av punktet B på kurven (b) på ordinaten.

�� 16 �

0 � � t� �

�� -4 � ��

�� m� 9 � D��

N�år� f Bor =hol�de tt� indikert av ligning (22) er sant, blir området av løsninger som oppfyller ligning (��

�20 m) u�ttryk 3t� a Dv� ligningene (24) og (25):

Ligning (24) viser at εHer en endelig verdi mens ligning (25) gjør εHuendelig. Siden εHer en endelig verdi, blir ligning (24) brukt som en løsning av ligning (20) mens ligning (25) blir forkastet. Erstatning av minimumsverdien av εy/m gitt av ligning (23) gjør det mulig å bestemme koordinatet på abscissen av punktet B på kurven (b) ved ligning (26):

Koordinatet t ( εH)Bav punktet B på kurven (b) på abscissen uttrykt av ligning (26) indikerer den maksimale, sammentrykkende, kritiske formendring εcrmax. Når således den rette linje (a) blir flyttet nedover parallelt, blir grenseverdien for forflytningen av linjen nedover parallelt, når den rette linje forflyttet parallelt, passerer gjennom punktet B. Således kalles den rette linje "rett linje (c)" under og ligningen som indikerer den rette linje (c) fortsetter i beskrivelsen nedenfor.

Forutsatt at den rette linje (c) uttrykt som ligning (27) nedenfor:

y��

hvor c er verdien av et segment på ordinaten.

S miden den c rette linje (c) passerer gjennom punktet B, blir koordinatet av punktet B erstattet i ligning (27), sli<H>k at ligning (27) blir uttrykt av ligning (28):

(C) At starts av spenningsherdingen er større enn formendringsgrensen.

Forholdet at startspenning av spenningsherdingen er større enn formendringsgrensen gis av ligning (29) nedenfor:

E�y�� H

n rett linje (d) på fig. 16 indikerer εH= εy. Siden det nødvendige forhold er at startspenning av spenningsherdingen εHer større enn formendringsgrensen εy, ligger området av løsningene på høyre side av den rette linje (d).

Løsningsområdet bestemmes ovenfor som vist på fig. 16. For å evaluere om et stålrør hvis rørdiameter D og rørtykkelse t er kjent, gir en sammentrykkende, kritisk formendring εcrsom er større enn den påkrevde, kritiske formendring εreq, og det er tilstrekklig om formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startspenning av spenningsherdingen εHav belastnings/formendringskurven ligger i område som defineres av de rette linjer (a), (c) og (d) og kurven (b) blir bestemt.

Følgende to ligninger viser dette forhold. Disse ligningene er ligninger av (16) ifølge oppfinnelsen.

(2) En fremgangsmåte for å konstruere et materiale av et stålrør ifølge oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å konstruere et materiale for et stålrør, en rørdiameter D, en rørtykkelse t og nødvendig kritisk formendring εreqsom oppgitt, karakterisert ved at bestemmelse av et belastnings/formendringsforhold av et materiale med et strekkgrenseplatå i belastnings/formendringsforholdet, formendringsgrensen εy, spenningsherdingens modulus m og startspenning av spenningsherdingen εHav en belastnings/formendringskurve av det oppnådde belastnings/formendringsforholdet blir bestemt slik at formendringsgrensen εy, spenningsherdingens modulus m og startspenning av spenningsherdingen εHav materialet konstrueres i et område som defineres av ligningene nedenfor i et koordinatplan med et ordinat som indikerer εy/m og en abscisse som indikerer εH:

(3) Et stålrør ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at det utformes av fremgangsmåten for å konstruere materialet for stålrøret ifølge likning (17) ovenfor.

(4) Et stålrør ifølge oppfinnelsen er et stålrør evaluert som å være anvendelig i en konstruksjon som krever plastisk utforming ved hjelp av fremgangsmåten for å evaluere lokal buklingsytelse av stålrøret ifølge et av punktene (1) til (3) ovenfor.

(5) Fremgangsmåte for bruk av et stålrør som omfatter å anvende stålrøret til en struktur som krever plastisk design hvor stålrøret er evaluert av fremgangsmåten ifølge punkt (1) som anvendbar til strukturen.

(6) Fremgangsmåte for bruk av et stålrør som omfatter å fremstille et stålrør ifølge en fremgangsmåte ifølge krav 2 og anvende stålrøret til strukturen som krever plastisk design.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende, der:

Fig. 1 er et skjema for å forklare en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ifølge oppfinnelsen (nr. 1),

fig. 2 er et skjema for å forklare en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ifølge oppfinnelsen (nr. 2),

fig. 3 er et skjema for å forklare en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ifølge oppfinnelsen (nr. 3),

fig. 4 er et skjema for å forklare en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ifølge oppfinnelsen (nr. 4),

fig. 5 er et flytskjema av en første utførelse av oppfinnelsen,

fig. 6 er et flytskjema av en andre utførelse av oppfinnelsen,

fig. 7 er et flytskjema av en tredje utførelse av oppfinnelsen,

fig. 8 er en graf som viser forholdet mellom den kritiske formendring og D/t av en gjenstand som skal evalueres ifølge et eksempel (nr. 1),

fig. 9 er en graf som viser forholdet mellom den kritiske formendring og D/t av en gjenstand for evaluering ifølge et eksempel (nr. 2),

fig. 10 er en graf som viser forholdet mellom den kritiske formendring og D/t av en gjenstand for evaluering ifølge et eksempel (nr. 3),

fig. 11 er en graf som viser forholdet mellom (D/t)crog startspenning av spenningsherdingen av en gjenstand ifølge et eksempel av oppfinnelsen,

fig. 12 er en graf for å forklare belastnings/formendringskurvene av stålmaterialet,

fig. 13 er en graf for å forklare en belastnings/formendringskurve av et strekkgrenseplatå stålmateriale,

fig. 14 er et skjema for å forklare ideen ifølge oppfinnelsen,

fig. 15 er en graf for å forklare en belastnings/formendringskurve av et stålrør formet av et strekkgrenseplatå stålmateriale,

fig. 16 er en graf som viser et område knyttet til en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse ifølge oppfinnelsen,

fig. 17 viser belastnings/formendringskurver av materialer evaluert i den fjerde utførelse av oppfinnelsen (nr. 1),

fig. 18 viser belastnings/formendringskurvene av materialer evaluert i den fjerde utførelse av oppfinnelsen (nr. 2),

fig. 19 viser belastnings/formendringskurver av materialer evaluert i den fjerde utførelse av oppfinnelsen (nr. 3),

fig. 20 er en graf som viser et område relatert til en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse ifølge den fjerde utførelse av oppfinnelsen,

fig. 21 er en graf som viser et område relatert til en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse ifølge den femte utførelse av oppfinnelsen,

fig. 22 er en graf som viser et område relatert til en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse ifølge den femte utførelse av oppfinnelsen.

Første utførelse

I denne utførelse blir et eksempel på evaluering om et stålrør med et rørdiameter/rørtykkelsesforhold (D/t) på 50 kan brukes i forbindelse med en rørledning med den påkrevede, kritiske formendring εreq= 1,5 %.

Fig. 5 er et flytskjema som viser flyten av en evalueringsfremgangsmåte for denne utførelse. Utførelsen er beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 5.

Først oppnås et belastnings/formendringsforhold for et stålrør for evaluering (S1). Som fremgangsmåte for å oppnå belastnings/formendringsforholdet, kan en strekkprøve ved hjelp av et prøvemateriale utføres eller når eksperimentelle data allerede finnes, kan disse lastes ned fra en database som lagrer dataene.

Basert på ovennevnte belastnings/formendringsforhold om stålrøret er en strekkgrenseplatåmodell med et strekkgrenseplatå på belastnings/formendringskurven eller en kontinuerlig herdende modell, blir bestemt (S3). Hvis stålrøret bestemmes å være en kontinuerlig herdende modell ved bestemmelsen i S3, blir røret bestemt å ha mulighet for anvendelse i rørledninger siden den kontinuerlige herdende modell har utmerket buklingsytelse (S7).

Når røret på den annen side bestemmes å være en strekkgrenseplatåmodell ved bestemmelsen i S3, blir startspenning av spenningsherdingen εHav dette stålmaterialet hentet fra belastnings/formendringsforholdet av stålmaterialet oppnådd i S1 og sammenligningen av startspenning av spenningsherdingen εHog den kritiske formendring εcrav stålrøret som består av materialet, blir bestemt (S5).

I denne utførelse bestemmes røret å være en strekkgrenseplatåmodell i bestemmelsen (S3). Således utføres bestemmelsen (S5). I denne utførelse vil formen av formendringsherdingsområdet i belastnings/formendringsforholdet (belastnings/-formendringskurven) oppnådd i (S1) gjelde for den lineære herdingsregel og således blir bestemmelsen i (S5) utført på basis av ligning (2.1) nedenfor som beskrevet ovenfor:

cr

Dvs. at de 1n6 beregnede verdi på høyre side av ligning (2.1) blir sammenlignet med =

startspenning av spenningsherdingen εHog hvis den beregnede verdi er større enn startspenning av spenningsherding<y>en εH, b<H>lir den kritiske formendring εcrbestemt å være større enn startspenning av spenningsherdingen εH.

Spesifikke figurer for erstatning i den høyre side av ligning (2.1) vil nå bli beskrevet. (t/D) er allerede gitt, dvs. (t/D) = 1/50. Startspenning av spenningsherdingen εHkan finnes fra belastnings/formendringsforholdet oppnådd i (S1) og er 1,5 % i dette eksempelet. Formendringsgrensen εykan også finnes fra belastnings/-formendringsforholdet oppnådd i S1 og er 0,22 % i dette eksempelet. Modulus av spenningsherdingen m kan også bestemmes ut fra belastnings/formendringsforholdet oppnådd i S1 og m = 0,04.

Disse verdiene erstattes på høyre side av ligning (2.1) og den beregnede verdi er 1,78 %. Denne beregnede verdi 1,78 % blir sammenlignet med startspenning av spenningsherdingen εH= 1,5 %. Den beregnede verdi er større. Således bestemmes den kritiske formendring εcrå være større enn startspenning av spenningsherdingen εH(S5) og muligheten for anvendelse i rørledninger blir bekreftet (S7).

Etter at muligheten for anvendelse i rørledninger blir bekreftet, blir den kritiske formendring εcrav stålrøret oppnådd (S9). I dette eksempelet, og siden den beregnede verdi i (S5) er den kritiske formendring εcrav stålrør, blir ytterligere beregning eller lignende ikke nødvendig. Den oppnådde, kritiske formendring εcrsammenlignes med den påkrevde, kritiske belastning εreq(S11). Hvis den kritiske formendring εcrer større enn den påkrevde, kritiske formendring εreq, bestemmes det som PASS (S13). Siden den kritiske formendring εcr= 1,78 % og den påkrevde, kritiske formendring εreq= 1,5 %, blir den kritiske formendring εcrstørre enn den påkrevde, kritiske formendring εreqi dette eksempelet og stålrøret blir bestemt som PASS.

Når den kritiske formendring εcrbestemmes ikke å være større enn startspenning av spenningsherdingen εHi (S5), bestemmes stålrøret å være uegnet for rørledninger (S15) og bestemmes som FAIL (S17). Når den kritiske formendring εcrikke er større enn den påkrevde, kritiske formendring εreqi (S11), blir stålrøret også bestemt som FAIL (S17).

Som beskrevet ovenfor ifølge denne utførelse, om stålrøret for evaluering har høy lokal buklingsytelse, kan lett evalueres. F.eks. ved å produsere en kontinuerlig herdende modell av stålrøret som rørledninger, selv når stålrøret gjennomgår materialendring ved varmebehandling i et belegningstrinn under produksjonen og omformes til en strekkgrenseplatåmodell, og om stålrøret kan behandles likt med den kontinuerlig herdende modell, lett evalueres ved å evaluere buklingsytelsen av stålrøret.

Merk at selv om sammenligningen av den kritiske formendring εcrog startspenning av spenningsherdingen εHbestemmes på basis av ligning (2.1) i (S5) i ovennevnte eksempel, er oppfinnelsen ikke begrenset til dette. Alternativt kan f.eks. et eksperimentstålrør som er identisk med stålrøret for evaluering settes under en belastning som genererer en belastning tilsvarende startspenning av spenningsherdingen for å avgjøre om eksperimentstålrøret gjennomgår lokal bukling. Hvis eksperimentstålrøret gjennomgår lokal bukling, kan startspenning av spenningsherdingen avgjøres å ikke være mindre enn den kritiske formendring εcrog hvis ingen lokal bukling oppstår, kan den kritiske formendring εcrbestemmes å være større enn startspenning av spenningsherdingen.

Alternativt kan avgjørelsen foretas på basis av ligning (1.1) beskrevet ovenfor.

I de tilfellene hvor belastnings/formendringskurven i formendringsherdingsområdet i belastnings/formendringsforholdet av stålrøret for evaluering oppnådd i (S1) kan approksimeres av en potens-lovfunksjon hvor bestemmelsen foretas på basis av ligning (3.1).

Som en annen modifikasjon av trinn S5, kan den kritiske formendring beregnes ved å bruke ligning (1.1), ligning (2.1), ligning (3.1) eller lignende og den beregnede, kritiske formendring εcrkan direkte sammenlignes med startspenning av spenningsherdingen εH. I et slikt tilfelle blir trinnet S9 utelatt. Ifølge ligning (1.1), kan ikke verdien av den kritiske formendring beregnes hvis den kritiske formendring ligger i strekkgrenseplatåområdet og således kan bestemmelsen i trinn S5 foretas ved å bruke dette fenomen. Dvs. at belastnings/formendringsforholdet blir lagt i ligning (1.1) og hvis den kritiske formendring ikke kan beregnes, blir NO valgt i trinn S5. Hvis den kritiske formendring blir beregnet, blir YES valgt i trinn S5.

Andre utførelse

I denne utførelse blir en evalueringsmetode som er forskjellig fra den første utførelse beskrevet ved å bruke et eksempel for å bestemme om et stålrør som er evaluert å være identisk med den første utførelse, kan gjelde for en rørledning med ønsket kritisk formendring εreq= 1,5 %.

Fig. 6 viser et flytskjema over fremgangsmåten for denne utførelse. Utførelsen er beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 6.

Belastnings/formendringsforholdet av et stålmateriale blir oppnådd (S1) og om stålmaterialet er en strekkgrenseplatåmodell eller en kontinuerlig herdende modell, blir bestemt (S3). Disse trinnene er lik den første utførelse.

Når materialet blir bestemt å være strekkgrenseplatåmodellen i (S3), blir rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)crved hvilket den kritiske formendring av stålrøret blir lik startspenning av spenningsherdingen i belastnings/formendringsforholdet for stålrøret oppnådd i (S1), bestemt (S4). Sammenligningen av det bestemte rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)crog rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) blir deretter bestemt (S5).

Siden formen av det formendringsherdende området i denne utførelse i belastnings/formendringsforholdet oppnådd i (S1) kan gjelde for den lineære herdingsregel, blir bestemmelsen i (S5) utført på basis av ligning (4.1) nedenfor som beskrevet ovenfor:

Når εH= 1,5 %, εy= 0,22 % og m = 0,04 blir erstattet på høyre side av ligning (4.1) for å utføre beregningen(D/t) mcr- = 54,4. Siden D/t = 50, vil (D/t) < (D/t)crvære sann. Således bestemmes<cr y H H>

den kritiske formendring εcrå være større enn startspenning av spenningsherdingen εH(S6) og bruken av rørledning blir bekreftet (S7). Trinnene S9 og S11 utføres som i utførelsen og til slutt blir evalueringen av PASS brukt som i den første utførelse (S13).

Ved bestemmelse av (S5) når (D/t) ≥ (D/t)crblir den kritiske formendring εcrbestemt å ikke være større enn startspenning av spenningsherdingen εH(S15) og anvendeligheten av rørledninger blir avslått (S17) og til slutt blir evalueringen av FAIL brukt (S19).

Som beskrevet ovenfor og som i den første utførelse om stålrøret som skal evalueres har en høy lokal buklingsytelse, kan lett evalueres i samsvar med denne utførelse. Siden rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) som er en lett omfattende parameter, videre blir brukt som standard for evaluering av lokal buklingsytelse, blir evalueringen lett.

Selv om sammenligningen av rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)crog rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) av stålrøret som skal evalueres i (S5) blir bestemt på basis av ligning (4.1), er ikke oppfinnelsen begrenset til dette. I tilfeller hvor belastnings/formendringskurven i formendringsherdingsområdet i belastnings/-formendringsforholdet av stålrøret for evaluering oppnådd i (S1) kan approksimeres av en potens-lov-funksjon, blir avgjørelsen foretatt på basis av ligning (5.1) beskrevet ovenfor.

Selv om den lokale buklingsytelse av et bestemt stålrør som allerede finnes blir evaluert i denne utførelse, så lenge et stålmateriale for bruk blir bestemt, kan rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)crsom tilsvarer startspenning av spenningsherdingen i belastnings/formendringsforholdet av stålmaterialet bestemmes slik at dette kan brukes som veiledning om hvor stort rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) kan være, dvs. hvor tynt røret kan være ved konstruksjon av stålrør for rørledninger. En fremgangsmåte for å konstruere et stålrør basert på denne ide er beskrevet i en tredje utførelse nedenfor.

Tredje utførelse

Fig. 7 er et flytskjema som viser flyten av en fremgangsmåte for å konstruere et stålrør ifølge denne utførelse. Utførelsen er beskrevet under henvisning til fig. 7.

Belastnings/formendringsforholdet av et kandidatmateriale med et strekkgrenseplatå oppnås i (S21). Trinnet S21 er likt trinnet S1 i den første utførelse.

Ved å bruke belastnings/formendringsforholdet oppnådd i S21, blir (D/t)crbestemt (S23). Et eksempel på fremgangsmåten for å bestemme (D/t)crer en fremgangsmåte for å bruke ligning (1.1) nedenfor, som beskrevet ovenfor.

Ligning ( E1S.c1r) t innebærer at verdien på venstre side er den kritiske formendring når likheten er sann. F r a 3t stå Elrøre Dt kan gjennomgå lokal bukling ved en startspenning av spenningsherdingen i<c>o

<r>

belastnings/formendringsforholdet bestemt i S21, bør startspenning av spenningsherdingen erstattes på venstre side av ligning (1.1), sekantmodulus (ES) og tangentmodulus (ET) bør beregnes på et punkt på belastnings/-formendringsforholdet tilsvarende startspenning av spenningsherdingen og disse verdiene bør settes inn på høyre side av ligning (1.1) for å bestemme rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) ved hvilket likhet er sant.

En annen fremgangsmåte er å bruke ligning (4.1) nedenfor for å bestemme når formendringsherdingsområdet i belastnings/formendringsforholdet oppnådd i S21 kan lineært approksimeres og bruke ligning (5.1) nedenfor for å bestemme når belastningsherdingsområdet i belastningsformendringsforholdet oppnådd i S21 kan approksimeres av en potens-lov-funksjon:

hvor: D/tcr: maksimalt rørdiameter/rørtykkelsesforhold

εy: formendringsgrense

εH:<cr>startspe<y>nning a<H>v sp<H>enningsherdingen

m: modulus av spenningsherding

hvor: D/tcr: maksimalt rørdiameter/rørtykkelsesforhold

εy: t formendringsgrense

εH: startspenning av spenningsherdingen

m: modulus av spenningsherding

Deretter blir D/t av stålrøret som skal konstrueres foreløpig satt (S25). Her er betingelsen at D/t oppfylles, at D/t < (D/t)cr.

Merk at det ved konstruksjon av et stålrør for rørledninger er nødvendig midlertidig å sette rørdiameteren D og rørtykkelsen t slik at den minimerer operasjonskostnader og konstruksjonskostnader på basis av mengden av komprimert fluid som transporteres via rørledninger og transportavstanden. Således er D/t < (D/t)cret nødvendig vilkår blant andre betingelser.

På basis av D/t som er satt midlertidig, blir den kritiske formendring εcrav stålrøret som skal konstrueres ved å bruke materialet, oppnådd (S27).

En av fremgangsmåtene beskrevet under (2) hvor ligning (1.1) blir brukt, (4) hvor ligning (2.1) blir brukt og (5) hvor ligning (3.1) blir brukt, kan brukes som fremgangsmåte for å bestemme den kritiske formendring εcr.

Om εreq< εcroppfylles bestemmes ved å sammenligne εcroppnådd i S27 med den påkrevde, kritiske belastning εreqsom er den kritiske formendring som kreves (S29). Merk at den påkrevde, kritiske belastning εreqsettes ved å konstruere en rørledning som tar hensyn til konstruksjonens utlegning av røret med en diameter og tykkelse som er midlertidig satt i S25 for å bestemme den maksimale formendring som oppstår i røret når et transporttrykk, beveger seg i grunnen eller eksterne krefter tilføres den konstruerte rørledningsstruktur og vurderer en egnet sikkerhetsmargin for den maksimale formendring.

Når YES blir valgt i evalueringen i S29, dvs. at når εreq< εcroppfylles, blir innstillingen av D/t økt med et trinn for ytterligere å redusere tykkelsen av stålrøret (S31). Følgelig er forholdet med økningen av D/t en bestemt verdi basert på passende betingelser, f.eks. størrelsen av forskjellen mellom εreqog εcroppnådd i S27 eller en bestemt verdi satt på forhånd.

Hvis D/t blir tilbakestilt i S31, må trinnene fra S27 og videre gjentas samtidig som det bekreftes at D/t < (D/t)crblir oppfylt i S25.

Når NO velges i evalueringen i S29, dvs. at når εreq< εcrikke er oppfylt, hvis fremgangsmåten har gått gjennom S31, blir bestemt (S33). Hvis YES velges, dvs. hvis S31 utføres, blir D/t satt i S31 umiddelbart før den foregående S31, bestemt som konstruksjonsverdi (S35).

Etter at konstruksjonsverdien av D/t blir bestemt, kan et stålrør som oppfyller en bestemt kritisk formendring produseres ved å utføre en stålrørsproduksjon basert på konstruksjonsverdien.

Når NO blir valgt ved bestemmelsen i S33, dvs. at når S31 ikke utføres, går fremgangsmåten tilbake til S25 for å bestemme om D/t kan settes til enda en mindre verdi (S37). Dvs. at siden D/t forutsettes å oppfylle D/t < (D/t)crog diameteren D og tykkelsen t av røret blir midlertidig satt for å minimere operasjonskostnader og konstruksjonskostnader på basis av mengden av komprimert fluid for transport via rørledningen og avstanden av transporten i den midlertidige innstilling i S25 om D/t kan settes til en verdi som er mindre enn verdien satt i det foregående trinn, blir bestemt samtidig som betingelsene for operasjonen og konstruksjonskostnader f.eks. blir redusert.

Hvis YES blir valgt i S37, dvs. at hvis tilbakestilling av D/t er mulig, vil prosessen eller fremgangsmåten returnere til S25 for å gjenta de samme trinnene. Hvis NO velges i S37, dvs. at hvis tilbakestillingen av D/t ikke er mulig, blir bruk av materialet avslått (S39).

Som beskrevet ovenfor i denne utførelse, og selv om et materiale med et strekkgrenseplatå kan behandles som om det er et kontinuerlig herdende materiale ved konstruksjon av det optimale rørdiameter/rørtykkelsesforhold (D/t) siden fremgangsmåten vist på fig. 7 blir passende utført under hensyn til rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)cr, dvs. at justeringen av verdien av rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) på en måte at (D/t) < D/t)cralltid blir oppfylt.

Fjerde utførelse

I denne utførelse ble ni typer materialer med belastnings/formendringsforhold vist i tabell 1 brukt for å produsere stålrør med en ytterdiameter D = 762,0 mm og en rørtykkelse t = 15,24 mm (D/t = 50). Evalueringen av om stålrøret kan brukes som et stålrør for X80-grad ledningsrør med nødvendig kritisk formendring εreq= 0,5 % blir utført basert på oppfinnelsen. Om evalueringen var egnet, ble undersøkt av en FEM-analyse.

Tabell 1

Tabell 1 viser belastnings/formendringsforholdet for ni typer materialer knyttet til X80-grad ledningsrør. Formendringsgrensen εyav hvert materiale er 0,0029 (0,29 %) og startspenning av spenningsherdingen εHer 0,003 (0,3 %), 0,005 (0,5 %) eller 0,010 (1,0 %). Modulus m av modulus av spenningsherdingen mE er satt til 0,015, 0,020 eller 0,025. (D/t)maxvist i tabell 1 er verdien oppnådd ved å erstatte disse verdiene i ligning (12). Belastnings/formendringskurvene tilsvarende P-1 - P-9 er vist på fig. 17, 18 og 19.

Fig. 20 viser et område definert av den følgende ligning i et koordinatplan med ordinatet som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εHunder erstatning av D = 762,0 mm, t = 15,24 mm, εy= 0,29 % og εreq= 0,5 % i den følgende ligning som indikerer fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av en strekkgrenseplatåmodell:

På fig. 20 er koor�

4d tat�punktene ( εy/m, εH) av ni typer materialer vist i tabell 1 plottet. På fig.

20 er de som� i om < �in

rå�det < d�fi av ligningene ovenfor indikert av åpne sirkler og de som er utenfor m ndi<r>k<eq>ert a<H>3e� Dnert

o rådet er i v heltrukne sirkler.

Som det fremgår av fig. 20, er P-2, P-3, P-5 og P-6 plottet i løsningsområdet. Således blir P-2, P-3, P-5 og P-6 evaluert som PASS. Hvis et stålrør kan fremstilles under materialkonstruksjonsbetingelsene for disse fire tilfeller, vil den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav stålrøret oppfylle den påkrevde, kritiske belastning εreq.

Om evalueringen ovenfor blir korrekt, blir deretter undersøkt av en FEM-analyse.

Buklingsanalysen av FEM for stålrøret som utsettes for komprimering, blir satt som følger: utvendig diameter D = 762,0 mm og rørtykkelse t = 15,24 (D/t = 50). Resultatene av den sammentrykkende buklingsanalyse er vist i tabell 2.

Tabell 2

Tabell 2 viser også resultatene av evalueringen basert på området vist på fig. 20.

Som vist i tabell 2, var verdiene av den sammentrykkende, kritiske formendring εcrav de analytiske modeller av disse fire tilfeller, dvs. P-2, P-3, P-5 og P-6, 0,58 %, 0,82 %, 0,51 % og 0,85 %.

Således er den kritiske formendring i de fire tilfellene P-2, P-3, P-5 og P-6 større enn den påkrevde, kritiske formendring (0,5 %).

Som det fremgår av tabell 2, er resultatene i samsvar med resultatene som evaluerte de fire tilfeller P-2, P-3, P-5 og P-6 som PASS ved å bruke området vist på fig.20.

Følgelig er evalueringen ifølge oppfinnelsen i samsvar med resultatene av FEM-analysen som viser oppfinnelsens effektivitet.

Femte utførelse

I denne utførelse ble ti typer materialer med belastnings/formendringsforhold vist i tabell 3 brukt for å produsere stålrør med en utvendig diameter D = 762,0 mm og en rørtykkelse t = 15,6 mm (D/t = 48,8). Evalueringen om stålrøret kan brukes som stålrør for X80-grad linjerør med nødvendig kritisk formendring εreq= 0,5 % ble utført basert på oppfinnelsen.

Videre ble materialene vist i tabell 3 brukt for å produsere stålrør med en utvendig diameter D = 914,4 mm og en rørtykkelse t = 15,2 mm. Evalueringen om stålrøret kan brukes som et stålrør for X80-grad linjerør med påkrevd, kritisk belastning εreq= 0,4 % ble også utført.

I hvert tilfelle ble egnetheten av evalueringen undersøkt av FEM-analysen.

Tabell 3

Som vist i tabell 3, er formendringsgrensen εyav belastnings/formendringskurven 0,17 til 0,31 % og startspenning av spenningsherdingen εH0,17 til 2,0 %. Modulus av modulus av spenningsherdingen mE er 0,006, 0,025. (D/t)maxvist i tabellen er verdien oppnådd ved å sette inn disse verdiene i ligning (12).

Fig. 21 viser et område formet av de tre ligninger beskrevet ovenfor i et koordinatplan med ordinaten som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εHmens D = 762,0 mm, t = 15,6 mm, εreq= 0,05 % og εyvist i tabell 3 settes inn i ligningene (30) og (31) ovenfor som uttrykker fremgangsmåten for å evaluere lokal buklingsytelse av en strekkgrenseplatåmodell. På fig. 21 er koordinatpunktene ( εy/m, εH) av ti typer materialer vist i tabell 3 henholdsvis plottet.

På fig. 21 er Q-1, Q-2 og Q-3 plottet i løsningsområdet (området av PASS) og Q-4 til Q-10 er plottet utenfor løsningsområdet (området med FAIL).

Fig. 22 viser et område formet av de tre ligningene beskrevet ovenfor i et koordinatplan med ordinatet som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εHmens D = 914,4 mm, t = 15,2 mm, εreq= 0,4 % og εyvist i tabell 3 settes inn i ligningene (30) og (31) ovenfor som uttrykker fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse for en strekkgrenseplatåmodell. På fig. 22 er koordinatpunktene ( εy/m, εH) av ti typer materialer vist i tabell 3, henholdsvis plottet.

På fig. 22 er Q-1, Q-2 og Q-3 plottet i løsningsområdet (området av PASS) og Q-4 til Q-10 er plottet utenfor løsningsområdet (området med FAIL) som får stålrørene med D = 762,0 mm.

Deretter ble evalueringen som var egnet, undersøkt av FEM-analysen.

Tabell 4 viser sammentrykkende, kritiske formendringer som bestemt av FEM-analysen for stålrør med D = 762,0 mm og D = 914,4 mm. Den sammentrykkende, kritiske formendring av stålrøret med D = 762,0 mm er 0,28 til 0,63 % og for stålrør med D = 914,4 mm 0,28 til 0,50 %.

Tabell 4

Resultatene av sammenlignende undersøkelser av resultatene av evalueringen basert på skjemaene på fig. 21 og 22 og løsningene av FEM er vist i tabell 5 og 6. De sammentrykkende, kritiske formendringer vist i tabell 5 og 6 er hentet fra tabell 4.

Tabell 5 Tilfeller av stålrør med D = 7620 mm t = 156 mm o D/t = 488

Tabell 6 Tilfeller av stålrør med D = 9144 mm t = 152 mm o D/t = 60

Tabell 5 viser at når den påkrevde, kritiske formendring av stålrøret med D = 762,0 mm blir satt til 0,5 %, vil Q-1 til Q-3 passere og andre materialer vil falle utenfor.

Tabell 6 viser at når den påkrevde, kritiske formendring av stålrøret med D = 914,4 mm blir satt til 0,4 %, vil Q-1 til Q-3 passere og andre materialer vil falle utenfor.

I alle tilfeller er resultatene av evalueringen basert på skjemaene på fig. 21 og 22 i samsvar med resultatene av FEM som viser oppfinnelsens effektivitet.

Merk at beskrivelsen ovenfor forklarer spesifikke eksempler av fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ved å bestemme om formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startspenning av spenningsherdingen εHav et stålrørsmateriale som oppnås, er innenfor et bestemt område som definert av ligningene (30) og (31) ovenfor i et koordinatplan med ordinaten som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εH.

Imidlertid gjelder ideen som forklart her, ikke bare for fremgangsmåten for å evaluere lokal buklingsytelse, men også en fremgangsmåte for å utforme et materiale for et stålrør, forutsatt at rørdiameteren D, rørtykkelsen t og den påkrevde, kritiske belastning εreqer gitt. Ved konstruksjon av materialet for stålrøret, forutsatt at rørdiameteren D, rørtykkelsen t og den påkrevde, kritiske belastning εreqer gitt, bør med andre ord formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startspenning av spenningsherdingen εHbestemmes slik at formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startspenning av spenningsherdingen εHer i det ovennevnte bestemte området i et koordinatplan med ordinaten som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εH.

Ved konstruksjon av materialet for stålrøret som oppfyller D = 762,0 mm, t = 15,24 mm og εreq= 0,5 %, må følgelig disse verdiene settes inn i ligningene (30) og (31) ovenfor og området definert av ligningene (30) og (31) tegnet i koordinatplan med ordinaten som indikerer εy/m og abscissen som indikerer εHsom på fig. 20. Deretter blir formendringsgrensen εy, modulus av spenningsherdingen m og startformingsendringen av spenningsherdingen εHbestemt slik at de befinner seg i løsningsområdet som vist på fig. 20. Et materiale med en slik modulus av spenningsherding m og startspenning av spenningsherdingen εHvil oppfylle D = 762,0 mm, t = 15,24 mm og εreq= 0,5 %. På denne måte bør kvaliteten av materialet for stålrøret oppfylle, dvs. belastnings/formendringsforholdet, og lett bestemmes og en effektiv konstruksjon er mulig.

Selv om den sammentrykkende, kritiske formendring blir brukt i beskrivelsen ovenfor, og siden den sammentrykkende, kritiske formendring og den fleksible, kritiske formendring har et kvantitativt forhold på omtrent 1:2, kan ideen ifølge oppfinnelsen også brukes i forbindelse med bøyningskritisk formendring ved å bruke dette kvantitative forhold.

Eksempler

Flere evalueringsgjenstander ble evaluert av evalueringsfremgangsmåten ifølge den andre utførelse ved å sette inn D/t = 50 og den påkrevde, kritiske belastning εreq= 1,5 % som i den andre utførelse. Resultatene er vist i tabell 7. Startspenning av spenningsherdingen εHav materialet som ble evaluert var 3, dvs. 1,5, 1,0 og 0,5. Materialene med modulus av formendringsherding m = 0,01, 0,02, 0,03, 0,04 og 0,05 ble evaluert for hver formendring av spenningsherdingen εH.

Tabell 7

SH-område: formendringsherdeområde

Prøvene 1-1 til 1-3 av den første gruppe ( εH= 1,5 %) i tabell 7 vil gjennomgå lokal bukling i strekkgrenseplatåområdet ved D/t = 50 siden (D/t)crikke er større enn 50. Således forutsettes den kritiske formendring av prøvene 1-1 til 1-3 over omtrent verdien av formendringsgrensen (0,22) og kan evalueres som FAIL uten å bestemme den faktiske lokale bukling.

På den annen side vil det fremgå at prøvene 1-4 og 1-5 har (D/t)crsom ikke er mindre enn 50 og gjennomgår lokal bukling i formendringsherdeområdet. Siden den kritiske formendring εcrav 1-4 (som er vist i den andre utførelse) er 1,78, som er større enn den påkrevde, kritiske belastning εreq= 1,5 %, blir prøvene evaluert som PASS. Det samme gjelder for prøven 1-5 som også er PASS.

Den andre gruppe 2-1 til 2-5 ( εH= 1,0 %) og den tredje gruppe 3-1 til 3,5 ( εH= 0,5 %) kan evalueres på samme måte, som vist i tabell 7.

En del av tabell 7 er trukket ut for å bestemme forholdet mellom startspenning av spenningsherdingen εHog (D/t)crsom er vist i tabell 8.

Tabell 8

SH-område: formendringsherdeområde

Forholdet mellom den kritiske formendring εcrav evalueringseksemplene vist i tabell 8 og D/t ble plottet med ordinaten som indikerer den kritiske formendring εcrog abscissen som indikerer D/t for hver gruppe og som vist på fig. 8-10

Fig. 11 viser en graf med ordinaten som indikerer (D/t)crog abscissen som indikerer startspenning av spenningsherdingen.

Som det fremgår av fig. 8-10 eller fig. 11, øker (D/t)cretter hvert som startspenning av spenningsherdingen avtar, dvs. etter hvert som strekkgrenseplatået minsker, uansett modulus av spenningsherdingen m. Med andre ord viser dette at et stålrør vil gjennomgå lokal bukling i formendringsherdeområdet, dvs. at det vil fremvise en utmerket buklingsytelse selv når tykkelsen er liten etter hvert som startspenning av spenningsherdingen avtar (etter hvert som strekkgrenseplatået blir mindre).

Uansett verdien av formendringsherdeområde-startformendringen (lengden av strekkgrenseplatået), øker (D/t)cretter hvert som modulus av spenningsherdingen m øker. Med andre ord viser dette at et stålrør vil gjennomgå lokal bukling i formendringsherdeområdet, dvs. at det vil fremvise en utmerket buklingsytelse selv når tykkelsen er liten etter hvert som modulus av spenningsherdingen m øker.

Industriell anvendelse

Ifølge en fremgangsmåte for å evaluere lokal buklingsytelse av et stålrør ifølge oppfinnelsen, kan bruken av stålrøret lett identifiseres siden egnetheten av buklingsytelsen av stålrøret lett kan evalueres.

Ifølge en fremgangsmåte for å konstruere et stålrør ifølge oppfinnelsen, kan selv et materiale med et strekkgrenseplatå behandles som om det er et kontinuerlig herdende materiale siden rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) av stålrøret som skal konstrueres, bestemmes ved å bestemme rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)crved hvilket den kritiske formendring av stålrøret med et belastnings/formendringsforhold blir det samme som startspenning av spenningsherdingen i belastnings/formendringsforholdet og deretter bestemme rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) av stålrøret for evaluering og samtidig opprettholde rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t) av stålrøret for evaluering til å være mindre enn rørdiameter/rørtykkelsesforholdet (D/t)cr.