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    含平面缺陷的壓力管道在靜載下的可靠性指標

    2019-01-14   來源:   點擊數:18次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港進行了報道:這一耦合的動力學過程稱為輸流管道流體結構相互作用,簡稱FSI.FSI現象是輸流管道固有的力學特性,研究管道中FSI現象對了解系統動力學性態,穩定系統運行、提高運行可靠度、避免管道出現超常壓力、應力、振動噪音等具有重要學術及實用價值,在航空航天、石油化工、水利電力、液壓傳動、城市供排水等眾多的工業領域中具有重要的意義。流固耦合振動是弱約束輸流管道固有的力學現象,其耦合振動的機理一般可歸結為摩擦耦合、泊松耦合、節結合部耦合等三種形式1.輸流管道頻域分析方法一直受到廣泛重視,Laplace變換成為頻域分析普遍采用的數學工具。Doebelin 2建立了經典水錘各種管道拓撲形式下的傳遞矩陣,并作了較為全面的分析研究。Wilkinson 3導出了可考慮unction耦合的軸向、橫向和扭轉運動的傳遞矩陣,但沒有考慮Poisson耦合和摩擦耦合,其模型通過1m長的充水L-型管作了試驗驗證。NanyakkaraandPerreira4導出了描述直管和彎管運動的傳遞矩陣,得到的模型可考慮unction耦合,但不能考慮Poisson耦合和摩擦耦合。deong5使用傳遞矩陣法(TMM)研究過管道頻域中的一維波動問題。
      
      到的數據來證明,即便是對于最簡單的系統,考慮FSI效應的傳遞矩陣計算得到的壓力頻譜比用經典水錘2,21傳遞矩陣計算的結果好得多。
      
      Svingen7提出的TMM方法是一種基于有限元法(FEM)的傳遞矩陣,他建立的模型考慮了頻率相關的阻尼,試驗裝置是一根垂直放置長20m、內徑80mm的L-型充水鋼管。
      
      ZhangS-10提出了基于采用拉普拉斯變換的L-MOC法,十分成功地解決了單管FSI問題的頻域分析。
      
      傳遞矩陣法的特點是將系統劃分成若干管段,把各截面處變量組成一狀態問題,通過傳遞矩陣建立描述系統運動的傳遞方程,實現系統分析,TMM在時域分析中已有成功的運用,許多學者都試圖將傳遞矩陣法推廣應用于FSI頻域分析11,但由于FSI問題的特殊性,這些推廣應用或者只是一種應用假設,無法給出算例,或者無法表現各種耦合機理。12雖給出了輸流管道FSI在頻域中的傳遞矩陣式,但也未得到更進一步的計算和結論。本文在L-MOC法的基礎上,利用傳遞矩陣法分析變徑管道FSI系統的頻率響應特性,并給出了求解算例。
      
      可靠性分析SAPV―95,即“在役含缺陷壓力容器安全評定規程”對靜載下含平面缺陷的結構的安全評定采用了失效評定圖技術失效評定圖是以英國中央電力局(CEGB)的“雙判據”評定法(通常稱為R6評定法)為基礎,結合美國通用電氣公司(GE)得到的形變塑性理論解發展起來的失效評定圖以裂尖附近的應力強度因子Ki與材料斷裂韌度Kic的比值,即無量綱數Kr為縱坐標,以結構承受的一次載荷P與材料塑性屈服極限載荷P0的比值,即無量綱數Lr為橫坐標,以國際設Kr服從均值為、變異系數為VKr的正態分布;Li服從均值為―L、變異系數為VLr的正態分布,并且Ki和Li無關進行標準化變換,令將LlKr坐標系變換為ZlZ2坐標系。
      
      則Zi所在區間為如果則Zi所在區間為x-kh,x+h否則,計算u(入+3h)、U(X+5h)、直至則Zi所在區間為第二步,用Fibonacci法確定解的近似值Zi.設第其中X!事先給定的迭代精度令如此重復n次,即得到近似解Zi. 3.2模型試運行利用已有的NMH1水平井和E117側平井井史資料,根據鉆柱強度分析綜合模型,作為驗證性的試運行,編程進行強度計算分析。結果與整井鉆柱強度有限元計算結果基本一致,說明精度可信,但較之卻更簡捷方便,具有良好的實用性1i3.3事故計算分析3242m占53段,精確考察應力分布狀況,取鉆柱與井壁摩檫系數為0.22計算結果參見圖ab其中符號□A、X、、+分別代表彎曲應力、扭轉應力、軸向拉壓應力、第三相當應力、井軸等曲線。鉆柱最大彎曲應力643.3MPa,此處井深2087.06m;最大扭轉應力895.7MPa,最大相當應力1893MPa,此處井深2089.05m;最大拉伸應力137.7MPa,此處在井口。
      
      中國鋼管信息港進行了報道:整井鉆柱各應力分布如圖a,可知窗口以上鉆柱以軸向拉壓為主,且應力隨井深增加而減小,比彎曲段工作應力小得多;彎曲段鉆柱則以彎扭為主,且應力值很大,尤其靠近井底段特別突出,主要反映于井軸曲率。
      
      彎曲應力、扭轉應力及第三相當應力皆達到整個鉆506~1893MPa即使按較高屈服強度930.79MPa的鋼級S135,其相當工作應力也遠遠超過了強度要求甚至屈服強度如此高的工作應力在該區間內隨時隨處都可引起破壞在此情況下,實際(首先)發生破壞的往往是那些具有尺寸或幾何缺陷或突變的地方(這些地方容易產生應力集中,更易破壞)該井鉆柱破壞正是發生在該區間內(2紋絲扣處而2085.08m以上的相當工作應力大都小于屈服強度087.06~2089.05m的危險區間內,軸向拉壓應力相對可忽略不計,盡管彎曲曲率高達3.但彎曲應力遠小于屈服強度,在強度要求范圍內。相當工作應力達到如此高值,主要是由于方位變化較大(約2/m),產生了較大的扭轉應力所致可見,較大的方位變化對鉆柱強度具有更大的威脅1)河76-7側平井落魚事故主要原因在于魚頭處井眼曲率尤其表現于方位變化)過大,產生了過大的相當工作應力(主要反映在扭轉切應力),其次兼有應力集中存在,致使鉆柱剪切斷裂。
      
      2)大曲率側平井施工,鉆柱強度對方位變化更為敏感,故尤其要注意控制方位變化不要過大,以免造成鉆柱強度破壞。
      
      考1劉延強。大撓度鉆柱強度分析的簡化方法。見:杜慶華,力學與應用3劉延強,呂英民。鉆柱拖扭阻力的計算分析。石油學報,1996,17(3):110-115(上接第68頁)隨著vl,v.的增加,U值減小,即隨著L、Kr的分散性的增加,安全狀態變差這與可靠性理綜上所述,可以得出以下結論:1)可靠性指標能定量地表示含平面缺陷的壓力管道在靜載下的安全狀態2)兩步法能迅速地求解含平面缺陷的壓力容器在靜載下的可靠性指標。
      
      3)含平面缺陷的壓力管道在靜載下的可靠性指標隨著Lr、Kr的均值、變異系數的增加而減小。中國鋼管信息港進行了報道
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