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横向滑坡作用下管道裂纹力学影响因素分析

防灾减灾工程学报 2023年第2期43卷 270-276页

作者：徐建马廷霞潘玉林王琳西南石油大学机电工程学院四川成都610500 四川大成创新石油工程技术有限责任公司四川成都610500

地质灾害和管体缺陷是油气管道安全运行的两大风险,山体滑坡是长输油气管道常见的一种地质灾害,裂纹是管道运行中难以发现却时有发生的管体缺陷之一。当穿越滑坡区的管道遭遇管体裂纹时,多重载荷的作用可能导致管体裂纹加剧甚至断裂失... 详细信息

地质灾害和管体缺陷是油气管道安全运行的两大风险,山体滑坡是长输油气管道常见的一种地质灾害,裂纹是管道运行中难以发现却时有发生的管体缺陷之一。当穿越滑坡区的管道遭遇管体裂纹时,多重载荷的作用可能导致管体裂纹加剧甚至断裂失效。基于极限分析设计准则,研究了相关因素对滑坡区管道轴向裂纹的影响,采用有限元法,分析了滑坡宽度、滑坡位移、裂纹位置、裂纹深度比、裂纹形状比以及管道内压对裂纹J积分的影响。结果表明:滑坡宽度越大,J积分越小,滑坡位移越大,J积分越大;裂纹处于12点位置时,其J积分值最大,即轴向裂纹垂直于滑坡面时最危险;裂纹深度比和管道内压的增加均会导致J积分最大值呈指数增加,而裂纹形状比的增加会导致J积分最大值呈线性减小,J积分均在裂纹最深处取得最大值;较大的裂纹深度比会导致裂纹沿深度方向的扩展速度远大于沿长度方向,而较大的裂纹形状比会导致裂纹沿长度方向的扩展速度高于沿深度方向。

关键词：横向滑坡轴向裂纹有限元 J积分

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山脚地形下天然气管道泄漏扩散的特性分析

安全与环境学报 2022年第4期22卷 2078-2085页

作者：崇哲文马廷霞余东亮吴东容西南石油大学机电工程学院成都610500 湖北理工学院机电工程学院湖北黄石435003 油气管道技术研究院成都610041 国家管网集团西南管道有限责任公司成都610041

为了研究山地天然气管道泄漏扩散的影响情况,掌握山地管道泄漏扩散的规律,以西南山地天然气管道沿线高后果区为工程背景,建立山脚地形下管道泄漏扩散模型,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent研究不同泄漏孔径、不同风速对山脚地形下泄... 详细信息

为了研究山地天然气管道泄漏扩散的影响情况,掌握山地管道泄漏扩散的规律,以西南山地天然气管道沿线高后果区为工程背景,建立山脚地形下管道泄漏扩散模型,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent研究不同泄漏孔径、不同风速对山脚地形下泄漏扩散的影响情况。结果表明:随泄漏孔径增大天然气射流核变粗、变长,射流初始截面和初始速度变大,射流的高度和幅度也变大,泄漏的影响区域变大;随泄漏孔径增加山脚地形下射流中心线的偏转程度变大,山脚处聚集的甲烷质量分数越来越高;在有风条件下,风速作用使甲烷在山脚处产生了聚集,且聚集的甲烷质量分数超过使人窒息的甲烷质量分数10%,随风速增大山脚处甲烷聚集的质量分数先增加后减小,且沿山坡向上扩散的甲烷质量分数先增加后减小。

关键词：安全工程山地天然气管道山脚地形泄漏扩散计算流体动力学(CFD)

镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能

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功能材料 2021年第1期52卷 1022-1025页

作者：余灏勋马廷霞西南石油大学机电工程学院成都610500

利用微弧氧化法,在微弧氧化反应电解质中加入氟钛酸钾和GR/TiO2粉末,在镁合金表面制备了MAO-GR/TiO2涂层。采用SEM和FT-IR分别对GR/TiO2粉末的表面形貌和结构进行了研究,用SEM、XRD和元素线扫描对MAO-GR/TiO2涂层的表面形貌、相结构和... 详细信息

利用微弧氧化法,在微弧氧化反应电解质中加入氟钛酸钾和GR/TiO2粉末,在镁合金表面制备了MAO-GR/TiO2涂层。采用SEM和FT-IR分别对GR/TiO2粉末的表面形貌和结构进行了研究,用SEM、XRD和元素线扫描对MAO-GR/TiO2涂层的表面形貌、相结构和元素分布进行了研究,用三电极技术对MAO-GR/TiO2涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,通过溶胶-凝胶法可将纳米TiO2接枝到GO表面,生成GR/TiO2粉末;MAO-GR/TiO2涂层主要由Mg2TiO4相、Mg3(PO4)2相、Mg和MgO相组成;以界面为分界线,涂层一侧Ti、P和O元素高于基体一侧,基体一侧Mg元素高于涂层一侧;MAO-GR/TiO2涂层的腐蚀电位为-0.723 V,腐蚀电流密度为8.96×10-8 A/cm^2,相比镁合金基体和MAO涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MAO-GR/TiO2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能。

关键词：镁合金微弧氧化法复合涂层耐腐蚀性能

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管土作用下海底悬跨管道裂纹断裂韧性研究

应用力学学报 2019年第6期36卷 1328-1333,I0005,I0006页

作者：唐毅马廷霞轩恒西南石油大学机电工程学院

运用断裂力学相关理论,考虑管道接触的非线性、管道内压、水流载荷等因素的影响,基于ABAQUS有限元软件对含环向裂纹悬跨管道进行了分析,并考虑不同管土接触边界条件、不同土质及不同土体刚度对管道裂纹应力强度因子的影响,得出了相应的... 详细信息

运用断裂力学相关理论,考虑管道接触的非线性、管道内压、水流载荷等因素的影响,基于ABAQUS有限元软件对含环向裂纹悬跨管道进行了分析,并考虑不同管土接触边界条件、不同土质及不同土体刚度对管道裂纹应力强度因子的影响,得出了相应的应力强度因子值。结果表明:以等效弹簧模拟管道和土体的接触更符合管道实际受力情况;土壤特性对悬跨管道环向裂纹应力强度因子有一定影响,较软土质应力强度因子大于较硬土质;管土接触边界对悬跨管道环向裂纹影响很大,不同接触边界的应力强度因子差值范围在25%~55%之间。

关键词：悬跨管道环向裂纹应力强度因子边界条件管土相互作用

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采空塌陷后含表面裂纹悬空管道的可靠性分析

塑性工程学报 2021年第2期28卷 194-201页

作者：刘胜利马廷霞西南石油大学机电工程学院四川成都610500

为研究表面裂纹对采空塌陷后悬空管道力学性能的影响,对采空塌陷后含表面裂纹的悬空管道进行数值模拟,分析了不同简单边界条件下管道裂纹应力强度因子与悬空长度、形状比及深度比的关系,研究了管土耦合边界下内压、土体弹性模量、土体... 详细信息

为研究表面裂纹对采空塌陷后悬空管道力学性能的影响,对采空塌陷后含表面裂纹的悬空管道进行数值模拟,分析了不同简单边界条件下管道裂纹应力强度因子与悬空长度、形状比及深度比的关系,研究了管土耦合边界下内压、土体弹性模量、土体泊松比和界面摩擦因子对管道裂纹应力强度因子的影响,对比了管土耦合边界与特定简单边界对分析结果的影响。结果表明:边界条件对悬空管道裂纹应力强度因子影响很大;悬空长度对不同边界条件下悬空管道裂纹应力强度因子的影响显著,而形状比、深度比对其几乎无影响;管土耦合边界下,内压、土体弹性模量对悬空管道裂纹应力强度因子影响较为显著,土体泊松比以及界面摩擦因子对悬空管道裂纹应力强度因子的影响可忽略不计;两端固支边界与管土耦合边界结果的相对误差在10%以内,而其他简单边界与管土耦合边界结果的相对误差较大。

关键词：安全悬空管道应力强度因子简单边界管土耦合边界

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X60海底压力管道表面裂纹韧性扩展研究

塑性工程学报 2021年第8期28卷 189-194页

作者：伍秋果马廷霞西南石油大学机电工程学院四川成都610500

为了研究不同条件下管道表面裂纹的应力强度因子变化规律和扩展过程,以X60海底压力管道为研究对象,利用万能材料试验机得到X60管线钢的应力-应变曲线,采用ABAQUS有限元软件建立裂纹仿真模型,并利用管线力学公式进行验证,通过改变裂纹深... 详细信息

为了研究不同条件下管道表面裂纹的应力强度因子变化规律和扩展过程,以X60海底压力管道为研究对象,利用万能材料试验机得到X60管线钢的应力-应变曲线,采用ABAQUS有限元软件建立裂纹仿真模型,并利用管线力学公式进行验证,通过改变裂纹深径比、大小、位置以及海水流速,得到不同参数对裂纹应力强度因子的影响规律;利用扩展有限元法,对裂纹扩展过程进行动态分析,模拟裂纹扩展过程,并结合对应力强度因子的计算结果进行分析研究,总结了裂纹扩展的一般规律。结果表明:不同参数下,最大应力强度因子出现在裂纹最深处;非穿透性裂纹首先从裂纹尖端沿壁厚方向扩展,当深径比达到一定值后,再沿裂纹长度方向扩展。

关键词：压力管道表面裂纹应力强度因子扩展有限元法

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长输管道应力应变自动化监测系统研究

石油机械 2008年第4期36卷 55-57页

作者：马廷霞陈浩西南石油大学机电工程学院

为解决长输管道受高风险因素影响而存在的力学隐患,结合应力应变电测技术,研制了长输管道应力应变自动化监控系统。该系统通过应变采集器采集粘贴在管道表面的电阻应变片随管道变形产生的阻值变化,由数据转换处理器和自动控制箱共同完... 详细信息

为解决长输管道受高风险因素影响而存在的力学隐患,结合应力应变电测技术,研制了长输管道应力应变自动化监控系统。该系统通过应变采集器采集粘贴在管道表面的电阻应变片随管道变形产生的阻值变化,由数据转换处理器和自动控制箱共同完成数据的放大、转换、传输、存储和自动测量,并利用GPRS方式进行数据传输,实现数据的远程传输与控制。该系统可实时监控管道应力应变状态,为管道运营管理提供现实依据。

关键词：长输管道应力应变自动监测 GPRS数据传输

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残余应力对含裂纹缺陷管道疲劳寿命的影响

应用力学学报 2018年第5期35卷 1103-1108页

作者：马廷霞轩恒刘维洋郭杨柳西南石油大学机电工程学院成都610500

针对焊缝区含表面轴向裂纹管道的疲劳寿命问题,探究管道在内压波动下裂纹扩展的规律。建立了焊缝区裂纹仿真模型。采用ABAQUS有限元软件的多层生死单元技术计算了长输管道X80钢的残余应力场。将焊接残余应力场作为裂纹扩展分析的初始应... 详细信息

针对焊缝区含表面轴向裂纹管道的疲劳寿命问题,探究管道在内压波动下裂纹扩展的规律。建立了焊缝区裂纹仿真模型。采用ABAQUS有限元软件的多层生死单元技术计算了长输管道X80钢的残余应力场。将焊接残余应力场作为裂纹扩展分析的初始应力场导入裂纹仿真模型,结合该软件的扩展有限元法(XFEM)和二次开发计算了在焊接残余应力下裂纹扩展的规律。结果表明:由于焊接残余应力的影响,热影响区含裂纹缺陷的X80管道疲劳寿命明显降低,降低幅度约达40%;裂纹长度对管道的疲劳寿命影响不显著,裂纹深度对其有一定影响,而应力比影响最大,且应力比R=0.1最为显著。

关键词： X80管线钢残余应力内压波动裂纹疲劳寿命

基于ABAQUS的X80压力管道裂纹扩展研究

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塑性工程学报 2018年第3期25卷 261-266页

作者：倪扬马廷霞刘维洋西南石油大学机电工程学院

首先利用材料试验机测定X80管线用钢的材料参数,得到了X80管线钢的应力-应变曲线;利用ABAQUS软件构建了用于研究X80压力管道裂纹扩展的有限元仿真模型,并通过将模型的仿真结果和理论计算值进行比较,验证了有限元模型的可靠性;然后用有... 详细信息

首先利用材料试验机测定X80管线用钢的材料参数,得到了X80管线钢的应力-应变曲线;利用ABAQUS软件构建了用于研究X80压力管道裂纹扩展的有限元仿真模型,并通过将模型的仿真结果和理论计算值进行比较,验证了有限元模型的可靠性;然后用有限元仿真模型对X80管道表面裂纹的应力强度因子和J积分进行了计算和分析;后又验证了扩展有限元法的合理性,对裂纹扩展过程进行了仿真;最后对应力强度因子和J积分的计算结果进行了分析和比较,总结了X80应力管道裂纹扩展的一般规律,得出了裂纹角度大于14.5°时较短裂纹的强度因子更低,内表面裂纹比外表面裂纹更加危险。研究结果为X80压力管道的安全评估提供了相应的参考。

关键词：压力管道 X80管线钢裂纹强度因子 J积分有限元方法