論文類別：專家論文
作 者：佚名
所在地區(qū)：石油天然氣復(fù)合鋼管產(chǎn)線技術(shù)改造研究
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摘 要：
4.1試驗(yàn)裝置
四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置如圖4所示，將全尺寸復(fù)合鋼管（12.19m）放在有一定距離的兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在離兩個(gè)支撐點(diǎn)的中點(diǎn)相同距離上對(duì)試樣施加向下的載荷。復(fù)合鋼管在4個(gè)接觸點(diǎn)的作用下發(fā)生四點(diǎn)彎曲，且在中點(diǎn)處的彎曲半徑最小。該裝置包括測(cè)力系統(tǒng)、垂直位移測(cè)量系統(tǒng)和靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)，在整個(gè)彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)控制應(yīng)變量和垂直位移量來(lái)控制加載載荷，達(dá)到模擬工況所需的試驗(yàn)條件。
4.2試驗(yàn)原理
如圖5所示為四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)原理示意圖，在試驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)量弦長(zhǎng)Lcd與弦高Ho-cd，利用弦長(zhǎng)分割定理可計(jì)算出彎曲半徑。彎曲半徑R的計(jì)算公式為：
4.3試驗(yàn)過(guò)程和分析
4.3.1最大應(yīng)力87%SMYS循環(huán)30次彎曲疲勞試驗(yàn)最大應(yīng)力87%SMYS條件下，復(fù)合鋼管處于彈性形變階段，由胡克定律知：（2）取σ=87%SMYS；對(duì)于復(fù)合鋼管，其力學(xué)性能主要由基管提供，由X65基管的最小規(guī)定屈服強(qiáng)度為450Mpa，彈性模量為2.06×105Mpa，由公式（2）可計(jì)算出彈性應(yīng)變?chǔ)?0.190%。試驗(yàn)步驟如表1所示。1#復(fù)合鋼管首次正彎達(dá)到0.190%應(yīng)變時(shí)，根據(jù)中心點(diǎn)位移值，由公式（1）可計(jì)算出彎曲半徑R=356D；正反彎循環(huán)30次后使用內(nèi)窺鏡觀察復(fù)合鋼管內(nèi)表面，襯管未出現(xiàn)鼓包或褶皺；卸載后復(fù)合鋼管基本回復(fù)到初始狀態(tài)，證明彎曲應(yīng)變未超過(guò)彈性極限。4.3.2最大應(yīng)變0.305%彎曲試驗(yàn)取2#復(fù)合鋼管，裝配在四點(diǎn)彎曲試裝置上；在復(fù)合鋼管中點(diǎn)和夾具點(diǎn)各貼兩片應(yīng)變片（6點(diǎn)鐘和12點(diǎn)鐘位置），并在復(fù)合鋼管中點(diǎn)放置位移計(jì)；控制應(yīng)變，使復(fù)合鋼管逐步正彎（向下）至最大應(yīng)變0.305%，記錄應(yīng)變值、液壓值和位移值；使用內(nèi)窺鏡觀察襯管是否出現(xiàn)鼓包、褶皺、斷裂等。2#復(fù)合鋼管正彎達(dá)到0.305%應(yīng)變時(shí)，根據(jù)中心點(diǎn)位移值，由公式（1）可計(jì)算出彎曲半徑R=178D；彎曲應(yīng)變達(dá)到0.305%后使用內(nèi)窺鏡觀察襯管未出現(xiàn)鼓包或褶皺；卸載后復(fù)合鋼管存在殘余應(yīng)變，不能回復(fù)到初始狀態(tài)，證明彎曲應(yīng)變超過(guò)彈性極限，復(fù)合鋼管產(chǎn)生了塑性形變。4.3.3軸向拉力下的彎曲失效試驗(yàn)實(shí)際鋪管過(guò)程中，由于復(fù)合鋼管的自身重量，除受彎曲應(yīng)力外，復(fù)合鋼管還受到沿管線方向的拉力。取完成上述試驗(yàn)的2#復(fù)合鋼管，一端固定，一端施加40噸的軸向拉伸載荷；為了控制變量，選取兩端固定點(diǎn)間距為弦長(zhǎng)，此時(shí)復(fù)合鋼管中點(diǎn)的位移量即為弦高，根據(jù)公式（1）計(jì)算出指定曲率半徑下位移量并以此控制彎曲試驗(yàn)過(guò)程，逐步加載至復(fù)合鋼管失效，記錄應(yīng)變值、液壓值和位移值，如表2所示。當(dāng)2#復(fù)合鋼管在40噸的軸向拉力下彎曲至曲率半徑為70D時(shí)，襯管內(nèi)表面在兩加載點(diǎn)中點(diǎn)位置受壓應(yīng)力一側(cè)開(kāi)始出現(xiàn)環(huán)狀褶皺，復(fù)合鋼管發(fā)生失效。表2中曲率半徑與位移量相對(duì)應(yīng)的前提是以復(fù)合鋼管兩端固定點(diǎn)間距為弦長(zhǎng)，但實(shí)際上在四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，復(fù)合鋼管的彎曲程度在整管長(zhǎng)度上是不均勻的，在中點(diǎn)處的曲率最大，因此，選取中點(diǎn)和兩加載點(diǎn)的實(shí)際位移值，由公式（1）計(jì)算出不同應(yīng)變下的R實(shí)并與理想狀態(tài)下的R值作對(duì)比。由圖6可知，相同應(yīng)變下，兩加載點(diǎn)之間的復(fù)合鋼管曲率半徑更接近于真實(shí)極限值，R極限約為44D。
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