[发明专利]漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁-结构耦合方法

说明书

本发明涉及的是漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁‑结构耦合方法，具体为：一、基于ANSYS有限元软件，进行参数化赋值；二、选择结构应力分析单元类型，进行管道焊缝建模，施加位移和载荷边界条件；三、基于VCCT技术，构造初始微裂纹，按照能量释放率准则，进行裂纹扩展计算；四、根据裂纹扩展过程中的张开距离和扩展长度，进行裂纹位置处空气网格重构；五、根据管道焊缝结构特点，在管道焊缝裂纹处，构造永磁铁、衔铁、极靴的管道外检测磁化结构模型；六、设计管道焊缝上方圆弧路径，提取磁‑结构耦合计算结果并分析漏磁的位置和强度，衡量裂纹扩展进程；七、重复三至六，反复计算分析，至管道断裂。本发明可判据管道焊缝损伤程度。

技术领域

本发明涉及油气集输工程技术领域中的管道焊缝在役检测方法，具体涉及漏磁法检测在役管道焊缝裂纹扩展的磁-结构耦合方法。

背景技术

在油气管道长周期运行情况下，可能发生腐蚀穿孔、开裂、密封失效等导致油品泄漏而引发的重大火灾或爆炸等重大事故，对人民生命财产安全和生态环境构成严重威胁。常见的损伤失效模式易发生在应力集中区域，特别是油气管道焊缝区域的焊道上及其热影响区，应力集中部位在压力、介质等的共同作用下易产生应力腐蚀开裂和诱发裂纹等。诸多灾难性事故源于在管道流体内压作用下的裂纹的快速扩展，有必要开展油气管道焊缝裂纹的在役检测与评价研究，对保障国家公共安全具有十分重要的安全意义与经济价值。因而开展在役检测管道焊缝裂纹扩展关键技术与方法研究具有重要意义。

目前，对于油气管道焊缝的检测，通常采用射线探伤、超声测厚等无损检测方法。兴起于上世纪60年代的漏磁检测技术，集无损检测、磁性物理学、金属学等学科于一体，具有较高的检测可靠性、易于自动化、检测效率高等优点，被广泛应用到罐区储罐底板以及管道的检测中。而对管道焊缝的漏磁检测技术在国内还不是很成熟、应用较少，并且该方法源自工程实践，缺乏系统的机理研究，并且管道开裂是动态过程，如何描述裂纹扩展过程中的漏磁场特征对于漏磁法检测管道焊缝具有重要意义。国内外学者对管道裂纹扩展过程中应力分析开展了大量工作，但本发明提出的管道焊缝裂纹扩展的磁-结构耦合方法属于国内外首创，旨在通过漏磁检测手段来衡量裂纹扩展程度，判据管道焊缝损伤程度。目前经过国内外文献检索，尚未发现油气管道焊缝裂纹扩展的磁-结构耦合方法的相关技术，本发明将填补这一领域的技术空白。

受外载荷作用，结构材料裂纹有三种扩展方式或类型，分别是张开型、滑开型和撕开型。其中张开型裂纹，在垂直于裂纹面方向外加应力作用下，裂纹尖端张开扩展，其扩展方向与外加应力方向垂直，通常称为Ι型裂纹。

圆柱壳体的纵向裂纹，在环向拉应力作用下的裂纹扩展属于这种类型裂纹。本发明所研究的油气管道焊缝的纵向裂纹，在流体内压作用下，产生环向拉应力作用下的裂纹扩展属于张开型裂纹，即Ι型裂纹。

在实际工程的断裂分析中，由于闭环解析解的稀缺性，有限元数值建模分析技术已经成为该领域不可或缺的工具之一。国内外学者已经提出了若干基于有限元分析的应变能量释放率的数值计算方法，其中虚拟裂纹闭合法（Virtual crack closure technique,VCCT）是最典型的一种，是基于断裂力学方法来研究裂纹扩展问题的重要工具。而VCCT针对线状裂纹和面状裂纹沿的断裂力学参量进行求解，具有对有限元网格尺寸不敏感和对裂纹尖端无需特殊处理等优点，充分体现了计算精度和计算效率的有效平衡。

发明内容

本发明的一个目的是提供漏磁法检测在役管道焊缝裂纹的磁-结构耦合方法，这种漏磁法检测在役管道焊缝裂纹的磁-结构耦合方法用于通过漏磁检测手段来衡量裂纹扩展程度，判据管道焊缝损伤程度，指导油气管道焊缝的预测维修，为在役油气管道提供快速反应决策。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种漏磁法检测在役管道焊缝裂纹的磁-结构耦合方法：

步骤一、基于ANSYS有限元软件，进行参数化赋值，包括几何尺寸参数、材料参数、载荷参数；