利用拘束度耦合模型计算管道焊接残余应力

摘要：

焊接残余应力是造成焊缝开裂失效的主要原因,因而精确描述应力对于管道安全输送极为重要,而外加拘束是影响焊接应力分布的众多因素之一.为此,应用ANSYS仿真软件,采用实体—壳单元耦合建模方法,建立了拘束度与焊接过程的温度场和应力场耦合仿真模型,研究了拘束对油气管道焊缝应力的影响.同时,还基于自建的1套自拘束焊接试验装置,实现了不同拘束状态下管道的焊接,并通过应变仪采集焊接过程中的应力应变数据,与模拟结果进行对比,进而证明了ANSYS仿真耦合模型的有效性.结果表明:①对于两端约束的钢管焊接对接接头,随着管长增加,焊缝处的轴向应力减小,在距离焊缝230 mm处的轴向应力亦减小;②焊趾处的塑性应变亦减小,整体焊接结构的拘束度降低;③焊接的管道残余应力随着拘束度的上升而增大,拘束情况对焊接残余应力的影响明显;④拘束度最大的0.5 m×0.5 m管子,其焊接残余拉应力最大可达140 MPa,高残余拉应力会严重削弱管道的整体性能.进而提出建议:加强管道建设期间的焊接施工管理,避免产生管道焊接时的强拘束.

关键词：油气管道、ANSYS、拘束度、耦合模型、生死单元、焊接应变、残余应力、焊缝开裂

所属期刊栏目：36

分类号：TG4;TU3

资助基金：中国海洋石油总公司青年科技创新项目“在役陆上长输天然气管道含缺陷焊缝适用性评价关键技术”JZTW2015KJ

在线出版日期：2017-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：89-95