Dalam tempoh 10 tahun yang lalu, untuk mengangkut gas asli, projek penyelidikan air dalam seperti pemasangan saluran paip di dasar laut telah dijalankan. Dalam pengangkutan gas asli jarak jauh, saluran paip dikehendaki mempunyai kekuatan mampatan terhadap tekanan air luaran di bawah laut dalam, jadiPaip keluli UOEbiasanya digunakan. Kaedah pembuatan paip keluli UOE ialah kaedah pembentukan setem sejuk, dan kekuatan paip keluli adalah anisotropik. Untuk meramalkan kekuatan mampatan paip keluli UOE dan menjelaskan mekanisme penghancuran paip keluli, Nippon Steel menjalankan simulasi analisis berangka yang mengintegrasikan penilaian prestasi pembentukan paip keluli. Simulasi analisis berangka terdiri daripada model pembentukan dua dimensi paip keluli dan model penghancuran tiga dimensi paip keluli yang mencerminkan bentuk yang terbentuk dan tegasan baki. Melalui eksperimen, ketebalan dinding dan anisotropi kekuatan dalam kedudukan arah lilitan paip keluli diukur, tegasan baki diukur, dan kesahan model analisis berangka dinilai berdasarkan kekuatan mampatan sebenar paip keluli.
1. Kekuatan Anisotropi dan Tegasan Sisa Paip Keluli UOE
Telah diketahui umum bahawa faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan mampatan paip keluli adalah bentuk yang lemah (kebulatan dan ketebalan dinding paip keluli yang tidak sekata), kekuatan alah (YS), dan tegasan baki. Kekuatan alah mampatan dan tegasan baki dalam arah lilitan mempunyai korelasi yang besar. Taburan kekuatan alah keratan ketebalan dinding yang diukur oleh spesimen bar bulat dan silinder (kedua-duanya berdiameter 6 mm) menunjukkan bahawa penurunan kekuatan alah mampatan dalam arah lilitan luar paip keluli adalah sangat jelas. Perbandingan lengkung SS dalam kedudukan ketebalan dinding menunjukkan bahawa lengkung SS bulat muncul di luar disebabkan oleh kesan Bauschinger ubah bentuk elastik bermula dari pusat ketebalan dinding. Menurut perbandingan paip keluli UOE dan paip keluli lancar untuk telaga minyak, tegasan baki kedua-dua paip keluli cenderung dimampatkan pada permukaan dalam, tetapi nilai tegasan baki paip keluli UOE adalah kecil.
2. Simulasi analisis berangka
Semasa analisis berangka, model bersepadu telah digunakan untuk menilai kekuatan pembentukan-mampatan paip keluli UOE. Dalam model pembentukan (elemen ubah bentuk satah dua dimensi) paip keluli UOE, lengkung SS plat digunakan, dan tegasan baki dikenakan pada model penghancuran (elemen pepejal tiga dimensi). Memandangkan sukar untuk meramalkan perubahan lengkung SS dari plat ke paip keluli dengan tepat hanya melalui simulasi analisis berangka, kaedah separa eksperimen (ujian ubah bentuk simulasi) digunakan untuk meramalkan lengkung SS. Iaitu, histeresis terikan plastik setara yang dikira dikenakan pada spesimen bar bulat yang disampel dari plat, dan kemudian lengkung SS mampatan yang terhasil ditakrifkan untuk setiap kedudukan ketebalan dinding.
3. Keputusan dan Penyelidikan
3.1. Kesahan model crush
Ketepatan ramalan didominasi oleh bilangan kombinasi elemen, nilai kenaikan tekanan, dan nilai pertimbangan penumpuan model. Jika faktor-faktor yang mempengaruhi ini diperbetulkan, ralat ramalan model ini dianggarkan kira-kira 5%. Dengan membetulkan ralat, ketepatan ramalan dapat ditingkatkan lagi. Setelah membandingkan nilai penghancuran model komprehensif dan model penghampiran elips apabila kebulatan yang sama diberikan, didapati bahawa tidak ada perbezaan purata yang besar antara keduanya, jadi dapat dilihat bahawa kebulatan akan bergantung pada diameter luar maksimum dan diameter dalam terkecil. Dengan membuat parameter yang serupa dengan elips, taburan diameter luar paip keluli UOE dengan perubahan kelengkungan setempat dapat diwakili oleh model. Membandingkan nilai penghancuran yang diramalkan oleh model elips dengan nilai terkira formula umum untuk meramalkan kekuatan mampatan paip keluli UOE, didapati bahawa nilai ramalan D/t (diameter luar/ketebalan dinding) dan kebulatan yang berbeza adalah sama dengan yang diramalkan oleh formula umum, jadi diandaikan bahawa hasil yang sama dapat diperoleh dengan menggunakan model komprehensif pembentukan-penghancuran. Oleh itu, boleh dikatakan bahawa model komprehensif boleh menganalisis mekanisme penghancuran dan boleh digunakan untuk mengukur pengaruh keadaan pembentukan terhadap kekuatan mampatan.
3.2. Mekanisme penghancuran paip keluli UOE
Menyiasat hubungan tegasan-terikan apabila histeresis terikan plastik setara yang diramalkan dalam proses pengeluaran paip keluli UOE telah disimulasikan dengan menggunakan sampel bar bulat, dan membandingkan lengkung SS yang diramalkan dengan lengkung simulasi. Keputusan menunjukkan bahawa lengkung SS yang diramalkan adalah lebih konsisten dengan lengkung SS paip keluli sebenar, walaupun ia merupakan bahagian ketebalan dinding yang tertakluk kepada histeresis terikan yang berbeza, YSnya juga sama dengan nilai yang diukur. Penurunan ketebalan dinding YS luar dalam histeresis terikan di bawah keadaan pembentukan ini didominasi oleh beban terikan tegangan semasa pengecapan U. Di samping itu, hampir tiada penurunan mampatan YS disebabkan oleh kesan Borgesine ubah bentuk elastik diperhatikan di dalam paip keluli. Menggunakan ujian terikan simulasi yang dicadangkan di atas, kekuatan dalam arah lilitan paip keluli sebenar boleh diramalkan dengan lebih tepat.
Masa siaran: 10-Ogos-2023