基于应变的高钢级管道环焊接头失效评定方法

摘要：

基于应变的失效评定图程序(Strain Based Failure Assessment Diagram,SBFAD)可以提高大范围屈服条件下的管道及环焊接头的断裂评估准确性.本文构建了含缺陷的X80管道环焊接头数值分析模型,详细阐释了SBFAD方法及其评估曲线的影响因素,明确了不同等级评估曲线的应用场景,并基于X80管道环焊接头的实测力学性能定量评估了含缺陷的X80管道环焊接头临界应变承载能力.研究结果表明:①Budden提出的SBFAD方法按照评估曲线的不同,可分为Option 1、Option 2和Option 3,其修订后的Option 1M和Option 2M曲线的非保守性大幅降低.BS 7910提供的Option 2要比基于Budden修订的Option 2M曲线的评估结果更为激进.②基于SBFAD方法中的Option 2曲线评估较大尺寸的缺陷可能会呈现非保守的结果.材料的应变硬化指数(n)值对Option 2曲线几乎没有影响,而随着n值的减小,Option 3曲线会缓慢上移,随着n值的增大,SBFAD曲线的截止线值呈明显递减趋势.③现有的Option 2曲线无法体现强度匹配系数的影响.随着焊缝强度匹配系数的增加,Option 3曲线逐渐上移,上移幅度则与缺陷尺寸相关,Option 2曲线在评估等匹配焊接缺陷时具备较高精度,在评估强度高匹配的焊接缺陷时,其结果可能过于保守,而在评估强度低匹配的焊接缺陷时,其结果可能是非保守的.④基于X80管道环焊接头的实测力学性能对其临界应变承载能力进行评估(缺陷尺寸和断裂韧性固定),Budden提出的Option 1M的评估结果最为保守,基于BS 7910-2019的Option 2评估结果最为激进.结论认为,基于SBFAD方法评估的保守性与其评估曲线、评估参数的选择密切相关,应针对评估需求选择合适的评估参数及合理的评估曲线以避免出现非保守的评估结果,研究结果为X80管道环焊接头的工程失效评估提供了理论与技术支撑.

关键词：有限元分析、拉伸试验、基于应变、失效评定图、天然气管道、环焊接头、断裂评定、应变承载能力

所属期刊栏目：43

分类号：TP181;TE973;TE88

资助基金：国家自然科学基金;国家重点研发计划

在线出版日期：2023-03-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：121-130