鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，屬于鋼管性能檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，包括以下步驟：S1，在鋼管管體上取縱向試樣，通過拉伸試驗(yàn)獲得應(yīng)力—應(yīng)變曲線，在所述應(yīng)力—應(yīng)變曲線上取應(yīng)變5.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt5.0、取應(yīng)變1.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt1.0，Rt5.0/Rt1.0定義為應(yīng)力比；S2，按照以下公式計(jì)算鋼管的臨界屈曲應(yīng)變：εcrit=7.051515×Rt5.0/Rt1.0-6.079985。本發(fā)明通過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。通過臨界屈曲水平上的小試樣拉伸曲線應(yīng)力比，可以通過常規(guī)的生產(chǎn)控制試驗(yàn)來確定鋼管應(yīng)變水平，從而改進(jìn)工藝，生產(chǎn)出滿足臨界屈曲應(yīng)變水平要求的鋼管。
【專利說明】鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼管性能檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油和天然氣跨地域輸送技術(shù)的發(fā)展，野外油氣管線的鋪設(shè)也越來越廣泛，油氣管線的安全性能也日益受到重視。通常情況下，油氣管線失效是由于載荷控制的失效，采用的是基于應(yīng)力極限的設(shè)計(jì)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(dá)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(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)比、延伸率、應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)等。工程上一般采用管線鋼管的臨界屈曲應(yīng)變作為其許用應(yīng)變，例如可規(guī)定為鋼管屈曲時、兩倍外徑長度上的平均應(yīng)變?yōu)槠湓S用應(yīng)變。
[0003]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(qiáng)度，以及形變強(qiáng)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。
[0004]目前，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(jìn)行全尺寸實(shí)管彎曲試驗(yàn)得到其臨界屈曲應(yīng)變，或在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行精確的有限元計(jì)算，得到其臨界屈曲應(yīng)變。
[0005]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:全尺寸實(shí)管彎曲試驗(yàn)的成本很高，不能用于生產(chǎn)控制試驗(yàn)，而有限元計(jì)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】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]提供了一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，所述方法適用于1016mm X2lmm的鋼管，所述方法包括:
[0008]SI，在鋼管管體上取縱向試樣，通過拉伸試驗(yàn)獲得應(yīng)力一應(yīng)變曲線，所述拉伸試驗(yàn)的方法是:在試樣的兩端分別連接上著力臂，將其中一端的著力臂固定連接于實(shí)驗(yàn)定點(diǎn)位置，在另一端的著力臂上施加水平強(qiáng)制位移；在所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線上取應(yīng)變5.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt5.。、取應(yīng)變1.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rtl.。，Rt5.0/Rtl.0定義為應(yīng)力比；
[0009]S2，按照以下公式計(jì)算鋼管的臨界屈曲應(yīng)變:
[0010]ε Crit=7.051515XRt5 0/RtL0-6.079985 (I)。[0011]進(jìn)一步地，步驟SI中所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線的獲取步驟是:
[0012]S11，通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，記錄每一次拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)；
[0013]S12，建立xoy坐標(biāo)系，x軸定義為應(yīng)變，y軸定義為應(yīng)力，將步驟Sll中記錄的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)在xoy坐標(biāo)系中--標(biāo)記；
[0014]S13，擬合步驟S12中在xoy坐標(biāo)系中標(biāo)記的各應(yīng)力一應(yīng)變點(diǎn)，即構(gòu)成所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線。
[0015]進(jìn)一步地，步驟SI中所取的試樣規(guī)格為:標(biāo)距內(nèi)寬度38.1mm,標(biāo)距長度50.8mm + 0.1mnin
[0016]進(jìn)一步地，步驟SI中所取試樣所采用鋼管是X70鋼管，所述X70鋼管的規(guī)格是:外徑 1016mm、壁厚 21mm。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0018]本發(fā)明的測量方法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。通過臨界屈曲水平上的小試樣拉伸曲線應(yīng)力比，可以通過常規(guī)的生產(chǎn)控制試驗(yàn)來確定鋼管應(yīng)變水平，從而改進(jìn)工藝，生產(chǎn)出滿足臨界屈曲應(yīng)變水平要求的鋼管。
[0019]本發(fā)明的測量方法經(jīng)過對一些具有不同縱向拉伸性能的鋼管臨界屈曲應(yīng)變有限元計(jì)算，并對這些鋼管的不同縱向拉伸應(yīng)力比Rt2.Q/Rtl.Q、Rtl.5/Rt0.5> Rt,o/Rt1.0等與臨界屈曲應(yīng)變的關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明應(yīng)力比Rt5VRtU可以與臨界屈曲應(yīng)變呈線性關(guān)系。這樣，在生產(chǎn)中如果期望生產(chǎn)出臨 界屈曲應(yīng)變達(dá)到1.5%的Φ1016πιπιΧ21.0πιπι規(guī)格鋼管，則根據(jù)上述結(jié)論，就必須控制鋼管產(chǎn)品縱向拉伸性能的應(yīng)力比Rt,Q/Rtl.Q，使其高于約1.0749，則該型鋼管產(chǎn)品的臨界屈曲應(yīng)變可以達(dá)到約1.5%的水平。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的管體縱向拉伸試樣示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的臨界屈曲應(yīng)變與應(yīng)力比Rt5.Q/Rt,Q的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0024]本實(shí)施例提供了一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，本方法是通過確定外徑為1016mm、壁厚為21mm規(guī)格管線鋼管的縱向拉伸力學(xué)性能,快速確定該鋼管屈曲應(yīng)變能力的。參考圖1和圖2，該測量方法包括如下的步驟:
[0025]SI，在鋼管管體上取縱向試樣，通過拉伸試驗(yàn)獲得應(yīng)力一應(yīng)變曲線，該拉伸試驗(yàn)的方法是:在試樣的兩端分別連接上著力臂，將其中一端的著力臂固定連接于實(shí)驗(yàn)定點(diǎn)位置，在另一端的著力臂上施加水平強(qiáng)制位移；在所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線上取應(yīng)變5.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt5.0、取應(yīng)變1.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt^Rt5VRtU定義為應(yīng)力比。其中，所取試樣規(guī)格為:標(biāo)距內(nèi)寬度38.1mm、標(biāo)距長度50.8mm±0.1mm。所取試樣所采用鋼管是X70鋼管，該X70鋼管的規(guī)格是:外徑1016mm、壁厚21mm。應(yīng)力比是拉伸試驗(yàn)的工程應(yīng)力-工程應(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(yàn)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。所以它表達(dá)了材料變形時的強(qiáng)化能力。可以定義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(qiáng)化能力。5.0%和1.0%應(yīng)變下的應(yīng)力比值，代表了該規(guī)格鋼管在彎曲載荷下，開始變形到發(fā)生屈曲，管體上主要變形部分的應(yīng)變強(qiáng)化幅度。
[0026]優(yōu)選地，步驟SI中應(yīng)力一應(yīng)變曲線的獲取步驟是:
[0027]S11，通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，記錄每一次拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)。
[0028]S12，建立xoy坐標(biāo)系，x軸定義為應(yīng)變，y軸定義為應(yīng)力，將步驟Sll中記錄的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)在xoy坐標(biāo)系中--標(biāo)記。
[0029]S13，擬合步驟S12中在xoy坐標(biāo)系中標(biāo)記的各應(yīng)力一應(yīng)變點(diǎn)，即構(gòu)成應(yīng)力一應(yīng)變曲線。
[0030]S2，按照以下公式計(jì)算鋼管的臨界屈曲應(yīng)變:
[0031]ε crit=7.051515XRt5 0/RtL0-6.079985 (I)。
[0032]其中，8。&為鋼管在彎曲變形模式下發(fā)生屈曲時，彎曲的內(nèi)側(cè)管體上，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。
`[0033]管線鋼管彎曲的變形有限元分析可以很好的被全尺寸實(shí)物試驗(yàn)所驗(yàn)證，而使用經(jīng)過驗(yàn)證的有限元模型，可以有效的對相關(guān)鋼管的變形行為進(jìn)行研究。通過對生產(chǎn)出的各種應(yīng)力比水平的鋼管進(jìn)行分析計(jì)算，最終獲得了上述的關(guān)系表達(dá)式。最終通過簡單地小試樣力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)測鋼管產(chǎn)品的變形能力。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法,其特征在于,所述方法適用于1016 mm X 21 mm的鋼管，包括以下步驟: SI，在鋼管管體上取縱向試樣，通過拉伸試驗(yàn)獲得應(yīng)力一應(yīng)變曲線，所述拉伸試驗(yàn)的方法是:在試樣的兩端分別連接上著力臂，將其中一端的著力臂固定連接于實(shí)驗(yàn)定點(diǎn)位置，在另一端的著力臂上施加水平強(qiáng)制位移；在所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線上取應(yīng)變5.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rt5.。、取應(yīng)變1.0%對應(yīng)的應(yīng)力定義為Rtl.。，Rt5.0/Rtl.0定義為應(yīng)力比； S2，按照以下公式計(jì)算鋼管的臨界屈曲應(yīng)變: ε crit=7.051515XRt5 0/Rtl 0-6.079985 (I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，其特征在于，步驟SI中所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線的獲取步驟是: SI I，通過拉伸試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，記錄每一次拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)； S12，建立xoy坐標(biāo)系，X軸定義為應(yīng)變，y軸定義為應(yīng)力，將步驟Sll中記錄的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)在xoy坐標(biāo)系中--標(biāo)記； S13，擬合步驟S12中在xoy坐標(biāo)系中標(biāo)記的各應(yīng)力一應(yīng)變點(diǎn)，即構(gòu)成所述應(yīng)力一應(yīng)變曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，其特征在于，步驟SI中所取的試樣規(guī)格為:標(biāo)距內(nèi)寬度38.1mm,標(biāo)距長度50.8mm±0.1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋼管臨界屈曲應(yīng)變的測量方法，其特征在于，步驟SI中所取試樣所采用鋼管是X70鋼管，所述X`70鋼管的規(guī)格是:外徑1016mm、壁厚21mm。
【文檔編號】G01N3/08GK103760018SQ201310710483
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】陳宏遠(yuǎn), 吉玲康, 王海濤, 黃呈帥, 李炎華, 謝文江 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所