本申請涉及損傷力學領(lǐng)域，特別涉及一種管道在役焊接燒穿的損傷預(yù)測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在役焊接修復(fù)技術(shù)是一種經(jīng)濟、環(huán)保、高效的油氣管道修復(fù)技術(shù)，也是管道修復(fù)的重要發(fā)展方向。由于管道受到強制約束且管內(nèi)存在流動的高壓介質(zhì)，在役焊接修復(fù)主要有兩個技術(shù)難點：(1)在役焊接過程中電弧熱會使管壁金屬局部失強，在管內(nèi)介質(zhì)壓力及焊接應(yīng)力等作用下發(fā)生燒穿；(2)管道內(nèi)流動介質(zhì)會增加焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的可能性。其中，燒穿是在役焊接的首要問題。

2、鑒于在役焊接燒穿的工程應(yīng)用價值，研究工作主要集中在燒穿判據(jù)方面，已有的判據(jù)主要是基于在役焊接宏觀燒穿現(xiàn)象提出的，主要包括最小壁厚判據(jù)、內(nèi)壁最高溫度判據(jù)、剩余強度判據(jù)和徑向變形判據(jù)。上述判據(jù)多缺乏對機理的認知，至今未形成公認、定量的機理融合型安全評估判據(jù)。

3、在役焊接燒穿本質(zhì)上是焊接多物理場與管內(nèi)介質(zhì)壓力耦合作用下的高溫變形與斷裂問題，其動態(tài)失效過程發(fā)生于高溫金屬內(nèi)部，歷經(jīng)微缺陷萌生、微裂紋演化、宏觀裂紋擴展等動態(tài)演化過程，尋找可以綜合考慮在役焊接多場耦合作用、可以定量評估在役焊接燒穿風險的特征參量是燒穿失穩(wěn)安全判據(jù)研究的關(guān)鍵。

4、損傷力學可以在綜合考慮多場耦合作用的前提下，基于焊接有限元仿真結(jié)果及損傷理論給出燒穿的定量解，這為在役焊接燒穿失穩(wěn)的安全判據(jù)研究提供了新途徑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請旨在至少一定程度上解決上述技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本申請?zhí)岢隽艘环N管道在役焊接損傷失效預(yù)測方法，包括：

2、確定目標管道在不同溫度及不同應(yīng)變速率下的損傷參數(shù)數(shù)據(jù)；

3、基于所述損傷參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建所述目標管道的bonora損傷模型；

4、對所述bonora損傷模型及其對應(yīng)的本構(gòu)參量的表達式進行求解，得到所述目標管道的損傷演化方程；

5、基于帶壓管道在役焊接有限元仿真修正所述損傷演化方程；

6、基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測。

7、優(yōu)選的，確定目標管道在不同溫度及不同應(yīng)變速率下的損傷參數(shù)數(shù)據(jù)，包括：

8、采用目標管道材料制備高溫拉伸試樣；

9、基于所述高溫拉伸試樣進行高溫拉伸實驗；

10、將高溫拉伸試樣非均勻變形區(qū)的體積等效為均勻變形區(qū)的體積后，計算得到不同溫度下的斷裂應(yīng)變值；

11、將載荷行程曲線最高點對應(yīng)的應(yīng)變作為初始損傷閾值應(yīng)變；

12、基于lemaitre損傷理論，采用臨界損傷值計算公式計算臨界損傷值；其中，所述臨界損傷值計算公式，包括：

13、

14、其中，dcr表示目標管道的臨界損傷值；σr表示目標管道的工程斷裂應(yīng)力；σu表示目標管道的峰值應(yīng)力。

15、優(yōu)選的，基于所述損傷參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建所述目標管道的bonora損傷模型，包括：

16、設(shè)溫度與應(yīng)變速率對臨界損傷值的影響互不耦合，基于arrhenius方程與所述損傷參數(shù)數(shù)據(jù)對所述目標管道的流變應(yīng)力、溫度及應(yīng)變率進行表征并求解，確定所述目標管道的變形激活能與損傷參數(shù)表達式，得到所述bonora損傷模型。

17、優(yōu)選的，所述損傷演化方程，包括初始損傷閾值應(yīng)變方程、臨界損傷閾值應(yīng)變方程、臨界損傷值方程、應(yīng)力三軸度方程及損傷動態(tài)演化方程。

18、優(yōu)選的，基于帶壓管道在役焊接有限元仿真修正所述損傷演化方程，包括：

19、依據(jù)目標管道的尺寸構(gòu)建帶壓鋼管有限元網(wǎng)格模型；

20、根據(jù)目標管道的參數(shù)確定所述有限元網(wǎng)格模型的邊界條件，對所述有限元網(wǎng)格模型進行溫度場與應(yīng)力場數(shù)值仿真；

21、對比數(shù)值仿真結(jié)果與實際數(shù)據(jù)判斷數(shù)值仿真結(jié)果的可靠性；

22、在確定所述數(shù)值仿真結(jié)果可靠時，將徑向應(yīng)力絕對值大于屈服強度作為損傷萌生的判別條件嵌入所述bonora損傷模型，對所述目標管道的損傷演化方程進行修正。

23、優(yōu)選的，基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測，包括：將所述有限元網(wǎng)格模型的溫度場與應(yīng)力場數(shù)據(jù)仿真結(jié)果導(dǎo)入修正后的損傷演化方程，確定所述目標管道在役焊接時的損傷演化情況。

24、優(yōu)選的，基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測，還包括：

25、將溫度場仿真數(shù)據(jù)中溫度高于閾值的區(qū)域損傷值設(shè)置為零，提取應(yīng)力場數(shù)值仿真仿真結(jié)果及相應(yīng)節(jié)點坐標，得到塑性應(yīng)變，并計算應(yīng)力三軸度，代入修正后的損傷演化方程計算損傷值；

26、基于所述應(yīng)力場仿真數(shù)據(jù)相應(yīng)節(jié)點坐標及計算得到的損傷值，構(gòu)建所述目標管道隨介質(zhì)壓力變化的損傷演化圖。

27、優(yōu)選的，在基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測后，還包括：對管道在役焊接損傷失效預(yù)測結(jié)果與管道燒穿實驗結(jié)果進行對比，確定管道在役焊接損傷失效預(yù)測結(jié)果的可靠性。

28、本申請還提出一種電子設(shè)備，包括存儲器與處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序或指令，所述計算機程序或指令被所述處理器執(zhí)行時，至少用于實現(xiàn)上述的方法。

29、本申請還提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有計算機程序或指令，所述計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時，至少用于實現(xiàn)上述的方法。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果是：

31、本申請通過引入bonora損傷模型，可以對在役焊接燒穿過程中損傷的分布規(guī)律與演化行為進行研究，基于損傷理論及在役焊接燒穿失穩(wěn)機制對bonora模型進行修正后，可以給出燒穿過程中從損傷演化至燒穿的動態(tài)演化過程，并給出在役焊接燒穿風險的安全閾值，該預(yù)測方法計算極為簡便，便于工程應(yīng)用，對于保障油氣管道的安全運行和人民生命財產(chǎn)安全具有重要的理論和應(yīng)用價值。

32、本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本申請而了解。本申請的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

33、下面通過附圖和實施例，對本申請的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種管道在役焊接燒穿的損傷預(yù)測方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定目標管道在不同溫度及不同應(yīng)變速率下的損傷參數(shù)數(shù)據(jù)，包括：

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述損傷參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建所述目標管道的bonora損傷模型，包括：

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述損傷演化方程，包括初始損傷閾值應(yīng)變方程、臨界損傷閾值應(yīng)變方程、臨界損傷值方程、應(yīng)力三軸度方程及損傷動態(tài)演化方程。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，基于帶壓管道在役焊接有限元仿真修正所述損傷演化方程，包括：

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測，包括：將所述有限元網(wǎng)格模型的溫度場與應(yīng)力場數(shù)據(jù)仿真結(jié)果導(dǎo)入修正后的損傷演化方程，確定所述目標管道在役焊接時的損傷演化情況。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測，還包括：

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接損傷失效預(yù)測后，還包括：對管道在役焊接損傷失效預(yù)測結(jié)果與管道燒穿實驗結(jié)果進行對比，確定管道在役焊接損傷失效預(yù)測結(jié)果的可靠性。

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲器與處理器，所述存儲器中存儲有計算機程序或指令，所述計算機程序或指令被所述處理器執(zhí)行時，至少用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有計算機程序或指令，所述計算機程序或指令被處理器執(zhí)行時，至少用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及損傷力學領(lǐng)域，公開了一種管道在役焊接燒穿的損傷預(yù)測方法及裝置，該方法包括：確定目標管道在不同溫度及不同應(yīng)變速率下的損傷參數(shù)數(shù)據(jù)；基于所述損傷參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建所述目標管道的Bonora損傷模型；對所述Bonora損傷模型及其本構(gòu)參量表達式進行求解，得到所述目標管道的損傷演化方程；基于帶壓管道在役焊接有限元仿真修正所述損傷演化方程；基于修正后的損傷演化方程進行管道在役焊接燒穿的損傷預(yù)測。本申請通過引入Bonora損傷模型，對在役焊接燒穿過程中損傷的分布規(guī)律與演化行為進行研究，可以給出燒穿過程中從損傷演化至燒穿的動態(tài)演化過程，并給出在役焊接燒穿風險的安全閾值該預(yù)測方法計算極為簡便，有益于保障油氣管道的安全運行。

技術(shù)研發(fā)人員：張洪杰,何小東,楊耀彬,陳越峰
受保護的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19