基于应变设计高钢级管线钢管应变性能研究

论文摘要

在众多的石油、天然气输送方式中,管道输送方式被认为最合理和最经济的方式是。近年来,随着油气田的开采向边远的荒漠、极地冻土带和海洋等区域发展,在油气输送管线的建设中,对管道的各方面性能的要求不断提高,在地质条件复杂的地区,如不连续冻土层、地震带、采空区服役的管线常常要承受超过弹性极限的塑性变形,因此发展了基于应变的管线设计方法,这对油气输送管道的应变性能提出了很高的要求。本文主要从两个方面对基于应变设计高钢级管线钢管的应变性能进行研究,一个方面是钢管母材的性能研究,另一个方面是钢管发生变形引起结构失效时的应变容量,即管线钢管在位移控制载荷下发生弯曲变形并出现屈曲时的临界压缩应变研究。由于管线钢管在服役过程中具有复杂的载荷条件,小试样试验的结果不足以提供可信服的服役条件下的变形行为预测,所以全尺寸实物试验是本次研究中使用的主要手段,与此同时,逆向工程技术和有限元计算分析相结合的数值模拟试验也在本次研究中被采用,它很好的弥补了实物试验高成本和试验周期过长的不足。通过研究,发现影响钢管的应变性能的因素包括钢管母材纵向的屈强比、均匀延伸率、应力-应变曲线形状、钢管本身的结构、钢管存在的几何外形缺陷等。综上所述,本研究对基于应变设计条件下高钢级管线钢管应变性能评价具有参考价值,同时对钢管生产有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管线基于应变设计发展现状
• 1.3 国内、外对基于应变设计高钢级管线钢管母材的研究和生产
• 1.3.1 化学成分和微合金元素
• 1.3.2 微观组织
• 1.3.3 力学性能特点
• 1.4 国内、外基于应变设计高钢级管线钢管的生产工艺
• 1.5 国内、外涉及基于应变设计管线建设状况
• 1.6 基于应变设计高钢级管线钢管应变性能研究现状
• 1.6.1 国外基于应变设计标准或规范对管线钢管的技术要求
• 1.6.2 全尺寸实物试验
• 1.6.3 基于应变设计高钢级管线钢管屈曲分析
• 1.6.4 基于应变设计高钢级管线钢管发生屈曲时屈曲的类型
• 1.6.5 临界屈曲应变的相关指标研究
• 1.6.6 基于应变设计高钢级管线钢管发生屈曲时的临界应变公式
• 1.7 本文的研究意义与主要研究内容
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 主要研究内容
• 第二章 全尺寸实物试验
• 2.1 全尺寸弯曲试验介绍
• 2.2 试样制备
• 2.3 模拟热涂敷
• 2.4 管道测量
• 2.5 全尺寸弯曲试验装置
• 2.6 试验用其他装置
• 2.7 试验程序
• 2.7.1 设备试运行
• 2.7.2 整管弯曲试验
• 2.7.3 试验中屈曲的判别及试验终止条件
• 2.8 试验后试验管段应变与曲率计算
• 2.8.1 应变与曲率
• 2.8.2 应变与曲率计算公式
• 2.9 全尺寸弯曲试验结果
• 2.10 本章小结
• 第三章 全尺寸试验数值模拟
• 3.1 逆向工程
• 3.1.1 逆向工程概念
• 3.1.2 逆向工程的应用
• 3.1.3 逆向工程技术的实现
• 3.2 逆向工程技术在钢管外形数据采集中的应用
• 3.2.1 钢管几何缺陷
• 3.2.2 钢管外形数据测量技术
• 3.2.3 测量数据处理
• 3.3 有限元分析前处理
• 3.3.1 建立几何模型
• 3.3.2 材料属性
• 3.3.3 设置分析步与输出
• 3.3.4 定义约束
• 3.3.5 定义载荷与边界条件
• 3.3.6 划分网格
• 3.4 有限元分析和后处理
• 3.4.1 创建分析作业
• 3.4.2 计算结果后处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于应变设计高钢级管线钢管用管线钢材料性能
• 4.1 基于应变设计高钢级管线钢管用管线钢塑性指标
• 4.2 基于应变设计高钢级管线钢管用材料性能试验
• 4.2.1 试样制备
• 4.2.2 试验设备
• 4.3 试验结果
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 应力应变曲线
• 4.4.2 均匀延伸率
• 4.4.3 屈强比
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于应变设计高钢级管线钢管应变性能影响因素
• 5.1 应力应变曲线形状
• 5.2 屈强比
• 5.3 均匀延伸率
• 5.4 应变强化指数和应力比
• 5.5 应变时效
• 5.5.1 管线钢应变时效机理
• 5.5.2 基于应变设计高钢级管线钢管发生时效应变的诱因
• 5.5.3 应变时效的影响
• 5.6 几何外形因素
• 5.7 径厚比
• 5.8 内压
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 详细摘要