За апошнія 10 гадоў для транспарціроўкі прыроднага газу былі праведзены глыбакаводныя даследчыя праекты па пракладцы трубаправодаў па марскім дне. Пры транспарціроўцы прыроднага газу на вялікія адлегласці трубаправод павінен мець трываласць на сціск пры знешнім ціску вады ў глыбакаводных умовах, тамуСталёвыя трубы UOEзвычайна выкарыстоўваюцца. Метад вырабу сталёвых труб UOE - гэта метад халоднай штампоўкі, а трываласць сталёвых труб анізатропная. Каб прагназаваць трываласць сталёвых труб UOE на сціск і ўдакладніць механізм драбнення сталёвых труб, кампанія Nippon Steel правяла лікавае мадэляванне, якое аб'ядноўвае ацэнку эфектыўнасці фармавання сталёвых труб. Лікавае мадэляванне складаецца з двухмернай мадэлі фармавання сталёвай трубы і трохмернай мадэлі драбнення сталёвай трубы, якая адлюстроўвае сфарміраваную форму і рэшткавыя напружанні. У выніку эксперыментаў вымяраліся таўшчыня сценкі і анізатрапія трываласці ў акружным кірунку сталёвай трубы, вымяраліся рэшткавыя напружанні, а таксама ацэньвалася слушнасць лікавай мадэлі на аснове фактычнай трываласці на сціск сталёвай трубы.
1. Анізатрапія трываласці і рэшткавае напружанне сталёвых труб UOE
Добра вядома, што фактарамі, якія ўплываюць на трываласць сталёвых труб на сціск, з'яўляюцца дрэнная форма (кругласць і нераўнамерная таўшчыня сценкі сталёвых труб), мяжа цякучасці (YS) і рэшткавыя напружанні. Мяжа цякучасці пры сціску і рэшткавыя напружанні ў акружным кірунку маюць высокую карэляцыю. Размеркаванне мяжы цякучасці па таўшчыні сценкі ўчастка, вымеранага круглым прутком і цыліндрычнымі ўзорамі (абодва дыяметрам 6 мм), паказвае, што зніжэнне мяжы цякучасці пры сціску ў вонкавым акружным кірунку сталёвай трубы асабліва відавочнае. Параўнанне крывых SS у становішчы таўшчыні сценкі паказвае, што звонку з'яўляецца кругавая крывая SS з-за эфекту Баўшынгера пругкай дэфармацыі, якая пачынаецца з цэнтра таўшчыні сценкі. Згодна з параўнаннем сталёвай трубы UOE і бясшвовай сталёвай трубы для нафтавых свідравін, рэшткавыя напружанні ў дзвюх сталёвых трубах маюць тэндэнцыю да сціскання на ўнутранай паверхні, але значэнне рэшткавага напружання ў сталёвай трубе UOE невялікае.
2. Лікавае мадэляванне
Падчас лікавага аналізу для ацэнкі трываласці сталёвых труб тыпу UOE пры фарміраванні і сцісканні выкарыстоўвалася інтэграваная мадэль. У мадэлі фарміравання (двухмерны плоскі элемент дэфармацыі) сталёвай трубы тыпу UOE выкарыстоўваецца крывая SS пласціны, а рэшткавае напружанне прыкладаецца да мадэлі драбнення (трохмерны цвёрды элемент). Паколькі цяжка дакладна прадказаць змяненне крывой SS ад пласціны да сталёвай трубы толькі з дапамогай лікавага мадэлявання, для прагназавання крывой SS выкарыстоўваецца паўэксперыментальны метад (мадэляванне дэфармацыйных выпрабаванняў). Гэта значыць, разліковы эквівалентны гістэрэзіс пластычнай дэфармацыі прыкладаецца да ўзору круглага прутка, адабранага з пласціны, а затым атрыманая крывая SS сціскання вызначаецца для кожнай пазіцыі таўшчыні сценкі.
3. Вынікі і даследаванні
3.1. Дзейснасць мадэлі раздушвання
Дакладнасць прагназавання ў асноўным залежыць ад колькасці камбінацый элементаў, значэння прыросту ціску і значэння ацэнкі збежнасці мадэлі. Калі выправіць гэтыя фактары ўплыву, памылка прагназавання гэтай мадэлі ацэньваецца прыкладна ў 5%. Выпраўленне памылкі дазваляе яшчэ больш палепшыць дакладнасць прагназавання. Пасля параўнання значэнняў драбнення комплекснай мадэлі і мадэлі эліптычнага набліжэння пры аднолькавай кругласці выяўляецца, што паміж імі няма вялікай сярэдняй розніцы, таму можна бачыць, што кругласць будзе залежаць ад максімальнага вонкавага дыяметра і найменшага ўнутранага дыяметра. Пры выкарыстанні параметраў, падобных да параметраў эліпса, размеркаванне вонкавага дыяметра сталёвых труб UOE з лакальнымі зменамі крывізны можна прадставіць з дапамогай мадэлі. Параўноўваючы значэнне драбнення, прадказанае эліптычнай мадэллю, з разліковым значэннем па агульнай формуле для прагназавання трываласці на сціск сталёвых труб UOE, выяўляецца, што прагназаваныя значэнні розных D/t (вонкавы дыяметр/таўшчыня сценкі) і кругласці супадаюць з прадказанымі агульнай формулай, таму мяркуецца, што той жа вынік можна атрымаць, выкарыстоўваючы комплексную мадэль фармавання-драбнення. Такім чынам, можна сказаць, што комплексная мадэль можа аналізаваць механізм драбнення і можа быць ужыта для колькаснай ацэнкі ўплыву ўмоў фармавання на трываласць на сціск.
3.2. Механізм драбнення сталёвай трубы UOE
Даследавалі сувязь паміж напружаннем і дэфармацыяй пры мадэляванні эквівалентнага гістэрэзісу пластычнай дэфармацыі, прадказанага ў працэсе вытворчасці сталёвых труб UOE, з выкарыстаннем круглага ўзору прутка, і параўналі прадказаную крывую SS з мадэляванай крывой. Вынікі паказалі, што прадказаная крывая SS больш адпавядае крывой SS рэальнай сталёвай трубы, нават калі гэта ўчастак з рознай таўшчынёй сценкі, які падвяргаецца гістэрэзісу дэфармацыі, яго YS таксама супадае з вымераным значэннем. Зніжэнне знешняй таўшчыні сценкі YS пры гістэрэзісе дэфармацыі пры гэтых умовах фармавання пераважна залежыць ад нагрузкі расцяжэння падчас U-штампоўкі. Акрамя таго, унутры сталёвай трубы практычна не назіраецца зніжэння сціску YS з-за эфекту Боргезіна пругкай дэфармацыі. Выкарыстоўваючы прапанаванае вышэй мадэляванае выпрабаванне на дэфармацыю, можна больш дакладна прагназаваць трываласць у акружным кірунку рэальнай сталёвай трубы.
Час публікацыі: 10 жніўня 2023 г.