海底腐蝕管道破壞機理和極限承載力研究.pdf

1、隨著我國海洋油氣資源的開發(fā)，海底管道對海上油氣田的開發(fā)、生產(chǎn)和產(chǎn)品的運輸起著關(guān)鍵性的作用，被稱為海上油氣田的“生命線”，海底管道建設(shè)日益增多。海底管道所處的海洋環(huán)境惡劣，管道發(fā)生腐蝕損傷不可避免。管道發(fā)生腐蝕后，會引起管壁整體或局部變薄，使得管道的靜態(tài)和動態(tài)抗力減小，若不及時更換或維修，會引起海底管道的破壞和原油泄露事故。腐蝕是引起海底管道破壞的主要因素之一，為了避免此類事故的發(fā)生，需要準確預(yù)測腐蝕管道的剩余強度，及時正確決策腐蝕海底管

2、道是否能繼續(xù)運行。因此研究海底腐蝕管道在工作荷載以及環(huán)境荷載作用下的破壞機理和極限荷載具有重大的理論意義和實用價值。
　　 基于經(jīng)典的Tresca和Mises屈服準則，給出了完好管道和無限長腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載解析解。建立了海底管道非線性分析模型，分析了軸向腐蝕管道在內(nèi)壓荷載作用下的破壞機理，提出了基于參考應(yīng)力的應(yīng)力失效準則來確定管道的失效內(nèi)壓，探究了腐蝕深度、腐蝕長度、腐蝕寬度、腐蝕位置、軸向應(yīng)力、管材等參數(shù)對管道極限內(nèi)壓荷載

3、的影響，與現(xiàn)有腐蝕管道計算方法進行了比較，并基于計算結(jié)果回歸了軸向腐蝕管道失效內(nèi)壓荷載計算公式，通過與實驗數(shù)據(jù)對比，驗證了本公式的適用性和準確性。
　　 研究了軸向和環(huán)向相鄰腐蝕管道在內(nèi)壓荷載作用下的破壞機理和極限內(nèi)壓荷載的計算方法，研究了腐蝕軸向間距、環(huán)向間距和腐蝕深度等參數(shù)對管道失效模式和失效內(nèi)壓的影響，提出了軸向相鄰腐蝕相互作用準則和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準則。基于軸向和環(huán)向相鄰腐蝕相互作用準則，提出了軸向投影和環(huán)向投影的雙

4、向投影的方法，采用等效長度、等效寬度、等效深度的概念，給出復(fù)合相鄰腐蝕管道極限內(nèi)壓荷載計算步驟，發(fā)展了群腐蝕管道的極限內(nèi)壓荷載計算方法，為復(fù)雜腐蝕形式的管道的剩余強度評估提供了一定的參考依據(jù)。
　　 基于理想彈塑性模型，給出了管道在剪力、扭矩、內(nèi)壓、軸向力聯(lián)合作用下管道極限彎矩荷載無量綱一般解析解，探究了剪力、扭矩、內(nèi)壓和軸向力對管道極限彎矩荷載的影響，給出了相互作用曲線和曲面?；诰€性強化彈塑性模型，給出了軸向力作用下管道極限

5、彎矩荷載的解析解和近似解；并采用冪次強化模型，給出了內(nèi)壓和軸向力聯(lián)合作用下管道的極限彎矩荷載計算方法。通過與實驗數(shù)據(jù)對比表明，基于理想彈塑性假設(shè)的解析解預(yù)測值可以作為聯(lián)合荷載作用下管道的極限彎矩荷載的下限值。當管道受到軸向拉力作用時，考慮管材的應(yīng)變強化作用，管道極限彎矩荷載的預(yù)測值與實驗值吻合更好。
　　 基于Hill屈服準則，考慮了管材的各向異性，推導(dǎo)了不規(guī)則腐蝕缺陷管道在內(nèi)壓和軸向力聯(lián)合作用下極限彎矩荷載解析解，并編制了相應(yīng)