[发明专利]一种含任意腐蚀缺陷钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法

说明书

一种含任意腐蚀缺陷钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法，其属于深海油气开发、生产和运输的技术领域。该方法在薄壳微分控制方程的基础上，考虑任意腐蚀缺陷对钢制管道外压承载力的影响以及钢制管道的弹塑性材料性质，推导出含任意腐蚀缺陷钢质管道外压弹塑性屈曲压力计算公式。通过确定管道腐蚀缺陷形式，选择管道分段表达数量。在测定管道尺寸后，确定每段管道中曲面半径以及壁厚，将参数带入后，进而得到腐蚀管道的外压弹塑性屈曲压力。应用有限元结果与理论结果之间的对比，验证了本发明方法的可靠性及精度。

技术领域

本发明涉及一种含任意腐蚀缺陷钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法，其属于深海油气开发、生产和运输的技术领域。

背景技术

海洋油气资源开发成为能源领域的战略重点。作为海洋油气开采的主要运输方式，海底管道的应用随着油气资源的开发变得越发广泛。近年来，海洋油气开采有逐渐向更深的海域发展的趋势，这就要求海底管道能够承受更大的外部压力。而且随着海域的加深，海底环境也更加复杂，海底管道在复杂的环境中会形成各种腐蚀缺陷。

因此，如何准确的估算含有任意腐蚀缺陷管道在外压下的承载力就显得尤为重要。国内外学者对完好管道以及单腐蚀管道的弹塑性屈曲方面已经进行了大量的研究。而目前还没有任意腐蚀缺陷下管道的外压弹塑性屈曲方面的研究。

发明内容

本发明为弥补深海任意腐蚀缺陷管道外压弹塑性承载力方面的研究技术的不足，在考虑了管道缺陷分布情况、缺陷尺寸、管道径厚比以及材料参数等一系列参数影响的前提下，提供了一种任意腐蚀缺陷钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法。

本发明为解决以上技术问题所采用的方案为：基通过确定管道腐蚀缺陷形式，选择管道分段表达数量。在测定管道尺寸后，确定每段管道中曲面半径以及壁厚，将参数带入本发明公式，进而得到腐蚀管道的外压弹塑性屈曲压力。应用有限元结果与理论结果之间的对比，验证了本发明方法的可靠性及精度。

一种含任意腐蚀缺陷钢制管道外压临界弹塑性屈曲压力计算方法，包括以下步骤：

A、壳体理论基本方程为：

w”+w＝-12MR²/Et³ (1)

其中，M为管道任意截面所受弯矩，R为管道平均半径，w为管道径向位移，E为杨氏模量；

B、应力应变曲线采用Ramberg-Osgood方程：

其中，ε为应变，σ为应力；ε_y为屈服应变，σ_y为屈服应力，β为应变硬化指数；

根据式(2)，得到切线模量E_t的以下表达式

C、塑性变形情况下的控制方程可以写为

w”+w＝-12MR²/E_tt³ (4)

根据对称性，通过对环形截面的一半变形构件沿圆环周向将周向角度θ划分成n个区域：

其中，下标i表示第i个区域；设置各个区域的半径R_i以及壁厚t_i模拟含有任意腐蚀缺陷圆环，含有腐蚀缺陷的管道一般会发生对称和反对称两种屈曲模态；

D、对于对称屈曲模态，管道任意截面所受弯矩M：

M＝M₀+pR(w-w₀)