《自动化与仪器仪表》2016年第2期（总第196期）
基于ANSYS腐蚀管道组合缺陷剩余强度评价
刘洲，雍歧卫，全琪
（后勤工程学院军事供油工程系重庆，401311）
摘要：以格拉管线为例，主要研究组合腐蚀缺陷对管道刺余强度的影响规律，把组合缺陷分为轴向、环向、交叠三种情况并加以分析，分别讨论了两缺陷轴向、环向干涉以及交叠分布等效应力影响规律，为实际工程中对于复杂缺陷的简化分析、确定影响等效应力的主要固素提供指导。
关键调：ANSYS；组合缺陷；房蚀管道；剩余强度评价
中图分类号：TQ055.8
文献标识码：A
DOI编码:10.14016/j.cnki.10019227.2016.02.059
Abstract: Based on the buried pipeline of GolmudLhasa pipeline as an example,ths article is focused on Residue Strength influence rule under the combined action of multiple corrosion defects. The combined defects can be divided into three kinds of circumstances: axial, toroidal and overlapping. And discuss the effect of axial length, ring length to the influence ofequivalent stress, the equivalent stress influence law of axial and ring interference and overlapping. It can provide guide to simplify the analysis and determine the main facter which influence the equivalent stress.
Key words: ANSYS;Combined Corrosion Defects; Corroded Pipeline; Residue Strength Assessment
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前言
腐蚀作为埋地管道失效的主要原因之一，特别是对于“老龄期”管道，腐蚀情况尤为严重。格拉管线地处气候、地质条件极为复杂的青藏高原，从1977年投人运行至今已有近 40年，由于技术条件、地质条件、其它高原工程施工等影响，管道腐蚀一直没有得到很好解决。虽然期间进行过两次全线防腐层检漏补漏工作（1982~1985、1992~1995）以及2002 2004数字化改造更换部分管段，这些措施使部分管段腐蚀情况得到很大改善，但是，就整个管段而言，腐蚀情况仍然严重。
通过调研发现管道腐蚀缺陷往往是多个并存，本文基于ANSYS模拟仿真技术，研究管线在多个局部腐蚀作用下轴向、环向、交叠情况下管道的剩余强度，更加真实地反映腐蚀管道在多个缺陷同时存在时的剩余强度，科学地指导管道安全生产管理和维修计划，兼顾管道运行的安全性和经济性。
1有限元分析步骤 1.1单元类型选择及网格划分[]
本文选取20节点三维点六面体SOLID186单元(2)，该单元支持材料非线性，可用于各向同性、各向异性弹性材料、弹塑性、超弹性等材料，能够承受压力、速度、加速度、位移、温度等载荷，常用来进行材料的结构分析。为了减少工作量，网格划分时先对整个模型进行比较稀疏的自由网格划分，并在缺陷附近进行网格加密，提高计算精度。
1.2边界条件设定
根据对称性，取管道1/4作为研究对象，分析时平行于管道轴向的两个剖面施加对称约束，垂直管道轴向有缺陷端的纵向剖面施加垂直方向的位移约束，远离缺陷的另一纵向剖面施加全约束[3]。为了消除边界效应，根据圣维南原理[4]，有限元模型的长度取管道直径的3至5倍，本文取缺陷管道长度为800mm。
加载求解计算
1.3
埋地管道受到管道自重、土壤压力、内压、静水压力等多种联合载荷共同作用，但主要受内压作用，分析时为了简化计
算只考虑内压载荷，忽略其它载荷作用。 1.4失效准则
含缺陷管道在各种载荷共同作用下，先后经历弹性变形塑性变形达到强度极限后出现局部失稳，最后管道失效。整个过程非线性特征十分明显，既包括管材的物理非线性，也包括缺陷部位大变形引起的几何非线性。根据第四强度准则（形状改变比能理论），当缺陷部位的等效应力[5]（VonMises 条件)达到屈服极限后管线失效。VonMises表达式为：
a,N2
[(,,)"+(,)"+(,,)"]
式中：，为届服应力;o;;0,分别为"、y、2方向的主应力，单位为MPa。
2
实例分析
本文以格拉管线为研究对象，其管材基本参数见表1。
表1
管材基本参数
材质 20号钢
管体直径 159mm
2.1轴向缺陷间的干涉作用
管壁厚度 6 mm
届服强度 245MPa
以轴向长30mm、环向宽8°、深度1mm的两个缺陷为例，建模时取管道的1/4分析，建模如图1所示，通过改变两缺陷轴向相对位置计算出等效应力，并与单个缺陷等效应力相对
比，计算结果见表2、图2所示。收稿日期：2015-09-24
万方数据
弹性模量 206 GPa
泊松比 0.3
运行压力 4MPa
投计压力 6. 27 MPa ANSYS
图1轴向缺陷干涉建模网格划分图
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