專利名稱：快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣管道用高變形能力鋼管的生產(chǎn)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種快 速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法。
背景技術(shù)：
一般情況下管線失效是由載荷控制的失效，采用的是基于應(yīng)力極限的設(shè)計準(zhǔn)則， 但是對于在地震、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)、凍土帶及海底等惡劣環(huán)境下鋪設(shè)的管 線，其所受載荷大小無法控制，而變形也只有在位移達到了一定程度后才會停止，此時載荷 是受位移或應(yīng)變控制的。在這種情況下單純采用應(yīng)力極限準(zhǔn)則進行設(shè)計已無法保證管線的 安全，必須采用應(yīng)變極限準(zhǔn)則，即管線的設(shè)計應(yīng)變必須小于管線的許用應(yīng)變。管線的許用應(yīng) 變一方面與管線鋼管的幾何因素有關(guān)，如管體的外徑與壁厚的比值、位移的作用范圍等，另 一方面，與管體材料性能的關(guān)系也是不容忽視的，如管線鋼的屈強比、延伸率、應(yīng)變強化指 數(shù)等。工程上一般采用管線鋼管的臨界屈曲應(yīng)變(可規(guī)定為鋼管屈曲時，兩倍外徑長度上 的平均應(yīng)變，下同)作為其許用應(yīng)變。對于確定規(guī)格(管徑、壁厚、鋼級)的鋼管，其受到彎曲載荷作用時，臨界屈曲應(yīng)變 的大小，完全取決于鋼管材料的力學(xué)性能，包括彈性模量，屈服強度，以及形變強化性能。因 此開發(fā)用于惡劣環(huán)境地區(qū)使用的高應(yīng)變能力管線鋼管就具有重要的工程意義。衡量鋼管產(chǎn)品的彎曲變形能力，最常規(guī)的方法就是通過進行全尺寸實管彎曲試驗 得到其臨界屈曲應(yīng)變，或在試驗的基礎(chǔ)上進行精確的有限元計算，得到其臨界屈曲應(yīng)變。但 是全尺寸實管彎曲試驗的成本很高，不能用于生產(chǎn)控制試驗，而有限元計算的高度復(fù)雜也 使其無法用于生產(chǎn)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種避免反復(fù)進行全尺寸實管彎曲試驗，可以確定外徑為 1219mm，壁厚為22. Omm規(guī)格X80級別管線鋼管的縱向力學(xué)性能的快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能 力的方法?？焖俅_定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法采用以下步驟1)在管體上取縱向試樣，試驗獲得工程應(yīng)力_工程應(yīng)變曲線；步驟1)所述縱向試樣規(guī)格為內(nèi)寬度38. 1mm，標(biāo)距長度50. 8mm。步驟1)所述曲線上應(yīng)變2. 0%對應(yīng)的應(yīng)力值定義為Rt2.Q，應(yīng)變1. 0%對應(yīng)的應(yīng)力 值為Rtl.。，由此獲得需要的應(yīng)力比參數(shù)Rt2.。/Rtl.。。2)按以下公式計算鋼管在彎曲變形模式下的臨界屈曲應(yīng)變Ecrit = 15. 963XRt2.0/RtL0-15. 139ε。Ht:為鋼管在彎曲變形模式下屈曲時，壓縮側(cè)以發(fā)生屈曲處為中心向兩邊延伸 兩倍鋼管外徑長度上的平均應(yīng)變。步驟2)所述的鋼管為外徑1219mm，壁厚22. Omm規(guī)格的X80鋼管。
本發(fā)明可以通過控制管線鋼管的拉伸性能，快速確定鋼管在彎曲變形模式下的臨 界屈曲應(yīng)變，通過臨界屈曲應(yīng)變水平的應(yīng)力比，可以通過常規(guī)的生產(chǎn)控制試驗進行性能控 制，生產(chǎn)出滿足臨界屈曲應(yīng)變水平要求的鋼管。


圖1是管體縱向拉伸試樣示意圖；圖2是臨界屈曲應(yīng)變與應(yīng)力比Rt2.Q/Rtl.Q的關(guān)系圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明目的在于提供一種避免反復(fù)進行全尺寸實管彎曲試驗，可以確定外徑為 1219mm，壁厚為22. Omm規(guī)格管線鋼管的縱向力學(xué)性能的快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法?？焖俅_定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法采用以下步驟1)在管體上取縱向試樣，試驗獲得工程應(yīng)力_工程應(yīng)變曲線；步驟1)所述縱向試樣規(guī)格為內(nèi)寬度38. 1mm，標(biāo)距長度50. 8mm。步驟1)所述曲線上應(yīng)變2. 0%對應(yīng)的應(yīng)力值定義為Rt2^，應(yīng)變1. 0%對應(yīng)的應(yīng)力 值為Rtl.。，由此獲得需要的應(yīng)力比參數(shù)Rt2.。/Rtl.。。應(yīng)力比是拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上，對應(yīng)不同應(yīng)變時的應(yīng)力的比值，它可以反映拉伸 試驗過程中，材料在某一階段應(yīng)力隨著應(yīng)變的增大而上升的趨勢，表達材料變形時的強化 趨勢?？梢远x材料在不同變形階段的應(yīng)力比，所以應(yīng)力比能夠更有針對性的體現(xiàn)材料在 某一特定變形水平時的強化能力。1. 0%和2. 0%應(yīng)變下的應(yīng)力比，代表了該規(guī)格鋼管在彎 曲變形下達到屈曲時，管體上主要變形部分的應(yīng)變強化水平。2)按以下公式計算鋼管在彎曲變形模式下的臨界屈曲應(yīng)變ε crit = 15. 963XRt2.0/RtL0-15. 139ε crit 定義為鋼管在彎曲變形模式下屈曲時，彎曲的內(nèi)側(cè)(也就是壓縮側(cè))管體 上，以發(fā)生屈曲處為中心，向兩邊延伸相當(dāng)于兩倍鋼管外徑長度的距離上的平均應(yīng)變；管線管彎曲的變形有限元分析可以很好的被全尺寸實物試驗所驗證，而使用經(jīng)過 驗證的有限元模型，可以有效的對相關(guān)鋼管的變形行為進行研究。通過對生產(chǎn)出的各種應(yīng) 力比水平的鋼管進行分析計算，最終獲得了上述的關(guān)系表達式。最終通過簡單的小試樣力 學(xué)性能試驗結(jié)果，預(yù)測鋼管產(chǎn)品的變形能力。步驟2)所述的鋼管為外徑1219mm，壁厚22. Omm規(guī)格的X80鋼管。
權(quán)利要求
一種快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法，其特征采用以下步驟1)在管體上取縱向試樣，試驗獲得工程應(yīng)力 工程應(yīng)變曲線；2)按以下公式計算鋼管在彎曲變形模式下的臨界屈曲應(yīng)變εcrit＝15.963×Rt2.0/Rt1.0 15.139εcrit為鋼管在彎曲變形模式下屈曲時，壓縮側(cè)以發(fā)生屈曲處為中心向兩邊延伸兩倍鋼管外徑長度上的平均應(yīng)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法，其特征是步驟1)所述縱 向試樣規(guī)格為內(nèi)寬度38. 1mm，標(biāo)距長度50. 8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法，其特征是步驟1)所述曲 線上應(yīng)變2. 0%對應(yīng)的應(yīng)力值定義為Rt2.C1，應(yīng)變1. 0%對應(yīng)的應(yīng)力值為、』，由此獲得需要 的應(yīng)力比參數(shù)Rt2.。/Rtl.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法，其特征是步驟2)所 述的鋼管為外徑1219mm，壁厚22. Omm規(guī)格的X80鋼管。
全文摘要
一種快速確定鋼管屈曲應(yīng)變能力的方法，屬于石油天然氣管道用高變形能力鋼管的生產(chǎn)控制技術(shù)領(lǐng)域，在管體上取縱向試樣，試驗獲得工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線；按εcrit＝15.963×Rt2.0/Rt1.0-15.139計算出鋼管在彎曲變形模式下的臨界屈曲應(yīng)變，即式樣壓縮側(cè)以發(fā)生屈曲處為中心向兩邊延伸兩倍鋼管外徑長度上的平均應(yīng)變。本發(fā)明可以通過控制管線鋼管的拉伸性能，快速確定鋼管在彎曲變形模式下的臨界屈曲應(yīng)變，通過臨界屈曲應(yīng)變水平的應(yīng)力比，可以通過常規(guī)的生產(chǎn)控制試驗進行性能控制，生產(chǎn)出滿足臨界屈曲應(yīng)變水平要求的鋼管。
文檔編號G01N3/00GK101923021SQ20091008705
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者吉玲康, 宮少濤, 李為衛(wèi), 陳宏遠 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所