En los últimos 10 años, para transportar gas natural, se han llevado a cabo proyectos de investigación en aguas profundas que consisten en tender tuberías en el lecho marino. En el transporte de gas natural a larga distancia, se requiere que las tuberías tengan resistencia a la compresión frente a la presión externa del agua en aguas profundas, por lo que...Tubos de acero UOESe utilizan generalmente. El método de fabricación de tubos de acero UOE es el método de conformado por estampado en frío, y la resistencia del tubo de acero es anisotrópica. Para predecir la resistencia a la compresión de los tubos de acero UOE y aclarar el mecanismo de aplastamiento de los tubos de acero, Nippon Steel realizó simulaciones de análisis numérico que integran la evaluación del rendimiento del conformado de tubos de acero. La simulación de análisis numérico consiste en un modelo de conformado bidimensional del tubo de acero y un modelo de aplastamiento tridimensional del tubo de acero que refleja la forma formada y la tensión residual. Mediante experimentos, se midieron el espesor de pared y la anisotropía de la resistencia en la posición de la dirección circunferencial del tubo de acero, se midió la tensión residual y se evaluó la validez del modelo de análisis numérico con base en la resistencia a la compresión real del tubo de acero.
1. Anisotropía de resistencia y tensión residual de tubos de acero UOE
Es bien sabido que los factores que afectan la resistencia a la compresión de las tuberías de acero son la forma deficiente (redondez y espesor de pared desigual de las tuberías de acero), el límite elástico (YS) y la tensión residual. El límite elástico a la compresión y la tensión residual en la dirección circunferencial tienen una gran correlación. La distribución del límite elástico de la sección del espesor de pared medida por la barra redonda y las muestras cilíndricas (ambas de 6 mm de diámetro) muestra que la disminución del límite elástico a la compresión en la dirección circunferencial exterior de la tubería de acero es particularmente obvia. Una comparación de las curvas SS en la posición del espesor de pared muestra que aparece una curva SS circular en el exterior debido al efecto Bauschinger de la deformación elástica que comienza desde el centro del espesor de pared. Según la comparación de la tubería de acero UOE y la tubería de acero sin costura para pozos petrolíferos, la tensión residual de las dos tuberías de acero tiende a comprimirse en la superficie interior, pero el valor de la tensión residual de la tubería de acero UOE es pequeño.
2. Simulación de análisis numérico
Durante el análisis numérico, se utilizó un modelo integrado para evaluar la resistencia a la compresión por conformación de tubos de acero UOE. En el modelo de conformación (elemento de deformación plana bidimensional) del tubo de acero UOE, se utiliza la curva SS de la placa y la tensión residual se aplica al modelo de aplastamiento (elemento sólido tridimensional). Dado que es difícil predecir con precisión el cambio de la curva SS de la placa al tubo de acero únicamente mediante simulación numérica, se utiliza un método semiexperimental (ensayo de deformación por simulación) para predecir la curva SS. Es decir, se aplica la histéresis de deformación plástica equivalente calculada a la muestra de barra redonda extraída de la placa y, a continuación, se define la curva SS de compresión resultante para cada posición de espesor de pared.
3. Resultados e investigación
3.1. Validez del modelo de aplastamiento
La precisión de la predicción está dominada por el número de combinaciones de elementos, el valor del incremento de presión y el valor de juicio de convergencia del modelo. Si se corrigen estos factores influyentes, se estima que el error de predicción de este modelo es de alrededor del 5%. Al corregir el error, se puede mejorar aún más la precisión de la predicción. Después de comparar los valores de aplastamiento del modelo integral y el modelo de aproximación de elipse cuando se da la misma redondez, se encuentra que no hay una gran diferencia promedio entre los dos, por lo que se puede ver que la redondez dependerá del diámetro exterior máximo y del diámetro interior más pequeño. Al hacer parámetros similares a los de una elipse, la distribución del diámetro exterior de las tuberías de acero UOE con cambios de curvatura locales se puede representar mediante un modelo. Al comparar el valor de aplastamiento predicho por el modelo elipse con el valor calculado mediante la fórmula común para predecir la resistencia a la compresión de tubos de acero UOE, se observa que los valores predichos de diferentes D/t (diámetro exterior/espesor de pared) y redondez coinciden con los predichos por la fórmula común. Por lo tanto, se presume que se puede obtener el mismo resultado utilizando el modelo integral de conformado-aplastamiento. Por lo tanto, se puede afirmar que el modelo integral analiza el mecanismo de aplastamiento y se puede aplicar para cuantificar la influencia de las condiciones de conformado en la resistencia a la compresión.
3.2. Mecanismo de trituración de tubos de acero UOE
Se investigó la relación tensión-deformación cuando se simuló la histéresis de deformación plástica equivalente predicha en el proceso de producción de tubos de acero UOE utilizando una muestra de barra redonda y se comparó la curva SS predicha con la curva simulada. Los resultados mostraron que la curva SS predicha es más consistente con la curva SS del tubo de acero real, incluso si se trata de una sección de espesor de pared sujeta a diferente histéresis de deformación, su YS también es el mismo que el valor medido. La caída en el espesor de pared exterior YS en la histéresis de deformación bajo esta condición de conformado está dominada por la carga de deformación por tracción durante el estampado en U. Además, casi no se observa caída en la compresión YS debido al efecto Borgesine de la deformación elástica dentro del tubo de acero. Utilizando la prueba de deformación simulada propuesta anteriormente, la resistencia en la dirección circunferencial del tubo de acero real se puede predecir con mayor precisión.
Hora de publicación: 10 de agosto de 2023