ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา มีการดำเนินโครงการวิจัยน้ำลึกเกี่ยวกับการวางท่อส่งก๊าซธรรมชาติบนพื้นทะเล เพื่อการขนส่งก๊าซธรรมชาติในระยะทางไกล ท่อส่งก๊าซจำเป็นต้องมีความแข็งแรงทนทานต่อแรงดันน้ำภายนอกใต้น้ำลึก ดังนั้นท่อเหล็ก UOEโดยทั่วไปแล้ว ท่อเหล็ก UOE ผลิตด้วยวิธีการขึ้นรูปเย็น และความแข็งแรงของท่อเหล็กนั้นไม่เป็นเนื้อเดียวกันทุกทิศทาง เพื่อทำนายความแข็งแรงในการรับแรงอัดของท่อเหล็ก UOE และชี้แจงกลไกการแตกหักของท่อเหล็ก บริษัท Nippon Steel จึงได้ทำการจำลองการวิเคราะห์เชิงตัวเลขที่บูรณาการการประเมินประสิทธิภาพการขึ้นรูปท่อเหล็ก การจำลองการวิเคราะห์เชิงตัวเลขประกอบด้วยแบบจำลองการขึ้นรูปสองมิติของท่อเหล็กและแบบจำลองการแตกหักสามมิติของท่อเหล็กที่สะท้อนถึงรูปทรงที่ขึ้นรูปและแรงเค้นตกค้าง จากการทดลอง ได้ทำการวัดความหนาของผนังและความแข็งแรงที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในทิศทางรอบวงของท่อเหล็ก วัดแรงเค้นตกค้าง และประเมินความถูกต้องของแบบจำลองการวิเคราะห์เชิงตัวเลขโดยอิงจากความแข็งแรงในการรับแรงอัดจริงของท่อเหล็ก
1. ความไม่สม่ำเสมอของความแข็งแรงและแรงเค้นตกค้างของท่อเหล็ก UOE
เป็นที่ทราบกันดีว่าปัจจัยที่ส่งผลต่อความแข็งแรงรับแรงอัดของท่อเหล็ก ได้แก่ รูปทรงที่ไม่ดี (ความกลมและความหนาของผนังท่อเหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ) ความแข็งแรงคราก (YS) และความเค้นตกค้าง ความแข็งแรงครากรับแรงอัดและความเค้นตกค้างในทิศทางรอบวงมีความสัมพันธ์กันอย่างมาก การกระจายความแข็งแรงครากของส่วนความหนาของผนังที่วัดโดยชิ้นงานทดสอบแบบแท่งกลมและทรงกระบอก (ทั้งสองมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม.) แสดงให้เห็นว่าการลดลงของความแข็งแรงครากรับแรงอัดในทิศทางรอบวงด้านนอกของท่อเหล็กนั้นเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ การเปรียบเทียบเส้นโค้ง SS ในตำแหน่งความหนาของผนังแสดงให้เห็นว่าเส้นโค้ง SS รูปวงกลมปรากฏขึ้นที่ด้านนอกเนื่องจากผลของ Bauschinger ของการเสียรูปยืดหยุ่นที่เริ่มต้นจากศูนย์กลางของความหนาของผนัง จากการเปรียบเทียบท่อเหล็ก UOE และท่อเหล็กไร้รอยต่อสำหรับบ่อน้ำมัน ความเค้นตกค้างของท่อเหล็กทั้งสองมีแนวโน้มที่จะถูกอัดที่พื้นผิวด้านใน แต่ค่าความเค้นตกค้างของท่อเหล็ก UOE นั้นมีค่าน้อย
2. การจำลองการวิเคราะห์เชิงตัวเลข
ในการวิเคราะห์เชิงตัวเลข ได้มีการใช้แบบจำลองแบบบูรณาการเพื่อประเมินความแข็งแรงในการขึ้นรูปและการรับแรงอัดของท่อเหล็ก UOE ในแบบจำลองการขึ้นรูป (องค์ประกอบการเปลี่ยนรูปสองมิติ) ของท่อเหล็ก UOE นั้น จะใช้เส้นโค้ง SS ของแผ่นเหล็ก และใช้ความเค้นตกค้างกับแบบจำลองการบดอัด (องค์ประกอบของแข็งสามมิติ) เนื่องจากเป็นการยากที่จะทำนายการเปลี่ยนแปลงของเส้นโค้ง SS จากแผ่นเหล็กไปสู่ท่อเหล็กได้อย่างแม่นยำโดยใช้เพียงการจำลองการวิเคราะห์เชิงตัวเลข จึงได้ใช้วิธีการกึ่งทดลอง (การทดสอบการเปลี่ยนรูปจำลอง) เพื่อทำนายเส้นโค้ง SS กล่าวคือ จะใช้ฮิสเทอรีซิสของความเครียดพลาสติกเทียบเท่าที่คำนวณได้กับชิ้นงานแท่งกลมที่สุ่มตัวอย่างจากแผ่นเหล็ก จากนั้นจึงกำหนดเส้นโค้ง SS การรับแรงอัดที่ได้สำหรับแต่ละตำแหน่งความหนาของผนัง
3. ผลลัพธ์และการวิจัย
3.1. ความถูกต้องของแบบจำลองการบีบอัด
ความแม่นยำในการทำนายขึ้นอยู่กับจำนวนการรวมกันขององค์ประกอบ ค่าการเพิ่มขึ้นของแรงดัน และค่าการตัดสินการบรรจบกันของแบบจำลอง หากแก้ไขปัจจัยที่มีอิทธิพลเหล่านี้แล้ว ข้อผิดพลาดในการทำนายของแบบจำลองนี้จะอยู่ที่ประมาณ 5% การแก้ไขข้อผิดพลาดนี้จะช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการทำนายให้ดียิ่งขึ้นไปอีก หลังจากเปรียบเทียบค่าการบดอัดของแบบจำลองที่ครอบคลุมและแบบจำลองการประมาณค่าวงรีเมื่อกำหนดค่าความกลมเท่ากันแล้ว พบว่าไม่มีความแตกต่างเฉลี่ยมากนักระหว่างทั้งสอง ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าความกลมจะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกสูงสุดและเส้นผ่านศูนย์กลางภายในที่เล็กที่สุด โดยการกำหนดพารามิเตอร์ให้คล้ายกับของวงรี การกระจายเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก UOE ที่มีการเปลี่ยนแปลงความโค้งเฉพาะที่สามารถแสดงได้ด้วยแบบจำลอง เมื่อเปรียบเทียบค่าการยุบตัวที่ทำนายโดยแบบจำลองวงรีกับค่าที่คำนวณได้จากสูตรทั่วไปในการทำนายความแข็งแรงรับแรงอัดของท่อเหล็ก UOE พบว่าค่าที่ทำนายได้สำหรับค่า D/t (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก/ความหนาของผนัง) และความกลมที่แตกต่างกันนั้นเหมือนกับค่าที่ทำนายได้จากสูตรทั่วไป ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าสามารถได้ผลลัพธ์เดียวกันโดยใช้แบบจำลองการขึ้นรูปและการยุบตัวแบบครบวงจร ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าแบบจำลองแบบครบวงจรสามารถวิเคราะห์กลไกการยุบตัวและสามารถนำไปใช้ในการวัดปริมาณอิทธิพลของเงื่อนไขการขึ้นรูปต่อความแข็งแรงรับแรงอัดได้
3.2. กลไกการบดอัดของท่อเหล็ก UOE
ได้ทำการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดเมื่อจำลองฮิสเทอรีซิสของความเครียดพลาสติกเทียบเท่าที่คาดการณ์ไว้ในกระบวนการผลิตท่อเหล็ก UOE โดยใช้ตัวอย่างแท่งกลม และเปรียบเทียบเส้นโค้ง SS ที่คาดการณ์ไว้กับเส้นโค้งที่จำลองขึ้น ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเส้นโค้ง SS ที่คาดการณ์ไว้มีความสอดคล้องกับเส้นโค้ง SS ของท่อเหล็กจริงมากกว่า แม้ว่าจะเป็นส่วนที่มีความหนาของผนังแตกต่างกันซึ่งอยู่ภายใต้ฮิสเทอรีซิสของความเครียดที่แตกต่างกัน ค่า YS ก็ยังคงเท่ากับค่าที่วัดได้ การลดลงของค่า YS ภายนอกของความหนาของผนังในฮิสเทอรีซิสของความเครียดภายใต้เงื่อนไขการขึ้นรูปนี้ถูกครอบงำโดยภาระความเครียดดึงในระหว่างการปั๊มรูปตัว U นอกจากนี้ แทบไม่มีการลดลงของค่า YS การบีบอัดเนื่องจากผลของ Borgesine ของการเสียรูปยืดหยุ่นที่สังเกตได้ภายในท่อเหล็ก การใช้การทดสอบความเครียดจำลองที่เสนอข้างต้น ทำให้สามารถคาดการณ์ความแข็งแรงในทิศทางรอบวงของท่อเหล็กจริงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น
วันที่โพสต์: 10 สิงหาคม 2566