X80油气管道焊缝双裂纹干涉效应多场耦合数值模拟方法

崔巍^1,2，宋日悬¹，肖忠民²，冯子明¹，冷德成³，董康兴¹，张强¹，杨志军¹

1. 东北石油大学机械科学与工程学院2. 南洋理工大学机械与宇航工程学院3. 大庆石化公司化肥厂

摘 要：基于漏磁法检测管道焊缝理论,应用虚拟裂纹闭合法(Virtual crack closure technique,VCCT)提出一种流固磁多场耦合方法。以解决工程问题为例,由于实际管道中裂纹多以裂纹群的形式存在,因而应用该方法研究了X80管道焊缝共线双裂纹、环向对称双裂纹扩展问题。通过对管道焊缝内壁动态施加流体压力载荷,每完成一次裂纹增量扩展,重构网格,计算裂纹扩展进程中的特征量,包括管道内流体压力载荷P、裂纹尖端能量释放率GⅠ、扩展长度L、裂纹尖端张开角度CTOA、磁感应强度分量峰值Bxp,循环进行裂纹扩展和磁场分析。数值算例结果表明:共线双裂纹的干涉效应加速了裂纹扩展进程;环向对称双裂纹间距较大时,加速了裂纹扩展进程,当环向间距小于或等于0. 5倍的焊缝环向弧长的双裂纹时,由于双裂纹干涉效应,双裂纹的存在抑制了裂纹的扩展。该方法的实现可为指导实际X80管道安全评估提供理论依据。

关键词：X80油气管道焊缝;裂纹扩展;流固磁多场耦合;VCCT;共线双裂纹;环向对称双裂纹;