含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究

张涛; 张颖; 赵鹏程; 王佳音; 何战友; 宋沛霖

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.015

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含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究

·实验研究·测试技术· | 更新时间：2025-06-09

- 含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究
- Study on the ultimate bearing capacity of high steel grade elbow with trench defects
- 机械强度 2025年47卷第6期页码：124-131
- 作者机构：
  
  1.常州大学安全科学与工程学院，常州 213164
  2.青岛青港通达能源有限公司，青岛 266555
  3.长庆油田分公司油气工艺研究院，西安 710018
- 作者简介：
  
  张涛，男，1999年生，江苏常州人，硕士研究生；主要研究方向为特种设备健康监测及智能诊断；E-mail：1216702570@qq.com。
  张颖（通信作者），男，1972年生，黑龙江北安人，博士，教授；主要研究方向为特种设备健康监测与结构完整性评价等；E-mail：aezy163@163.com。
- 基金信息：
  
  中国石油天然气股份有限公司-常州大学创新联合体科技合作项目(KYZ22020129);江苏省研究生实践创新计划项目(SJCX23_1584)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.015
  中图分类号： TE832
- 收稿日期：2023-10-20，
  
  修回日期：2023-12-06，
  
  纸质出版日期：2025-06-15
- 稿件说明：
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张涛，张颖，赵鹏程，等. 含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：124-131.

ZHANG Tao，ZHANG Ying，ZHAO Pengcheng，et al. Study on the ultimate bearing capacity of high steel grade elbow with trench defects［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：124-131.
张涛，张颖，赵鹏程，等. 含沟槽缺陷高钢级弯管的极限承载能力研究［J］. 机械强度，2025，47（6）：124-131. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.015.

ZHANG Tao，ZHANG Ying，ZHAO Pengcheng，et al. Study on the ultimate bearing capacity of high steel grade elbow with trench defects［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（6）：124-131. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.06.015.

摘要

弯管是油气管道中的重要组成部分，其受力状态和介质流动状态相较于直管更为复杂，一旦在弯头处产生缺陷，弯管更容易发生失效。高钢级管道是长距离油气管道建设的发展趋势，所以急需开展对高钢级弯管剩余强度评价的工作。以含沟槽缺陷的高钢级弯管作为研究对象，通过建立有限元模型，研究缺陷尺寸、相对位置、弯曲半径、管道参数及管材性能对弯管极限内压的影响规律，最后建立含沟槽缺陷高钢级弯管的极限内压预测公式。研究结果表明，随着缺陷长度和缺陷深度的增加，弯管的极限内压明显降低；沟槽缺陷位于弯管的内拱处时对极限内压影响最大；弯曲半径、管径壁厚及管材都会对弯管极限内压产生影响；误差分析显示拟合所得到的预测公式精度较高，该公式可为含沟槽缺陷高钢级弯管的剩余强度评价提供依据。

Abstract

Elbows are an important component of oil and gas pipelines. The force state and the medium flow state are more complex than that of the straight pipe. Once the defect occurs at the elbow

the elbow pipe is more prone to fail. The high steel grade pipeline is the development trend of the long distance oil and gas pipeline construction

and it is urgent to evaluate the residual strength of the high steel grade bending pipe. Through the establishment of the finite element model

the defect size

relative position

bending radius

pipe parameters and pipe performance influence were studied on the ultimate internal pressure of the elbow

and finally the prediction formula of the bending was established. The results show that with the increase of defect length and defect depth

the ultimate internal pressure of the elbow is significantly reduced. The trench defect affects the ultimate internal pressure when the trench defect is located in the inner arch of the elbow. The bending radius

the wall thickness and the pipe material will affect the ultimate internal pressure. The error analysis shows that the prediction formula is more accurate

which can provide the basis for the residual strength evaluation of high steel grade elbows with trench defects.

关键词

Keywords

references

BAO S Y ， QIN Z X ， ZHU J ， et al . Quickly analyze the limit load of thinning defect elbows with elastic modulus adjustment method ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2021 ， 194 ： 104516 .

潘鸿，吕文涛，钱英豪，等 . L360钢级弯管开裂失效分析［J］. 热加工工艺， 2016 ， 45 （ 8 ）： 253 - 255 .

PAN Hong ， LÜ Wentao ， QIAN Yinghao ， et al . Cracking failure analysis on L360 steel grade elbow ［J］. Hot Working Technology ， 2016 ， 45 （ 8 ）： 253 - 255 . （In Chinese）

帅健，许葵 . 腐蚀管线失效概率的评定方法［J］. 石油学报， 2003 ， 24 （ 4 ）： 86 - 89 .

SHUAI Jian ， XU Kui . Assessment method for failure probability of corroded pipeline ［J］. Acta Petrolei Sinica ， 2003 ， 24 （ 4 ）： 86 - 89 . （In Chinese）

仝珂，谢学东，李亮，等 . 油气输送用弯管失效原因及典型案例分析［J］. 石油管材与仪器， 2016 ， 2 （ 1 ）： 46 - 49 .

TONG Ke ， XIE Xuedong ， LI Liang ， et al . Failure cause and typical case analysis of bending pipe used in oil and gas transmission ［J］. Petroleum Tubular Goods & Instruments ， 2016 ， 2 （ 1 ）： 46 - 49 . （In Chinese）

臧雪瑞，顾晓婷，王秋妍，等 . 含腐蚀缺陷高钢级输气管道的失效压力模型［J］. 油气储运， 2019 ， 38 （ 3 ）： 285 - 290 .

ZANG Xuerui ， GU Xiaoting ， WANG Qiuyan ， et al . A failure pressure model for high-grade gas pipelines with corrosion defects ［J］. Oil & Gas Storage and Transportation ， 2019 ， 38 （ 3 ）： 285 - 290 . （In Chinese）

OH C S ， KIM Y J ， PARK C Y . Plastic loads of elbows with local wall thinning under in-plane bending ［J］. International Journal of Fracture ， 2007 ， 145 （ 1 ）： 63 - 79 .

LEE G H ， SEO J K ， PAIK J K . Condition assessment of damaged elbow in subsea pipelines ［J］. Ships and Offshore Structures ， 2017 ， 12 （ 1 ）： 135 - 151 .

段志祥，沈士明 . 内压作用下局部减薄弯管塑性极限载荷分析与试验研究［J］. 压力容器， 2005 ， 22 （ 5 ）： 1 - 3 .

DUAN Zhixiang ， SHEN Shiming . Analysis and experiments on the plastic limit load of elbows with local thinned area under internal pressure ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2005 ， 22 （ 5 ）： 1 - 3 . （In Chinese）

张慧敏，潘家祯 . 含体积型缺陷管线的极限载荷分析［J］. 工程力学， 2009 ， 26 （ 8 ）： 20 - 25 .

ZHANG Minhui ， PAN Jiazhen . The collapse load of circular arch pipe with 3D defects ［J］. Engineering Mechanics ， 2009 ， 26 （ 8 ）： 20 - 25 . （In Chinese）

周凌志，王昱，郄彦辉，等 . 内拱处含壁厚减薄缺陷弯头的爆破压力研究［J］. 工程爆破， 2022 ， 28 （ 3 ）： 11 - 16 .

ZHOU Lingzhi ， WANG Yu ， QIE Yanhui ， et al . Study on burst pressure of elbows with wall-thinning defects at inner arch ［J］. Engineering Blasting ， 2022 ， 28 （ 3 ）： 11 - 16 . （In Chinese）

王慧杰，陈占锋 . 含腐蚀缺陷弯管爆破压力分析［J］. 力学与实践， 2023 ， 45 （ 4 ）： 860 - 865 .

WANG Huijie ， CHEN Zhanfeng . Burst pressure analysis of elbow with corrosion defect ［J］. Mechanics in Engineering ， 2023 ， 45 （ 4 ）： 860 - 865 . （In Chinese）

邓记松 . 单元与网格密度对有限元分析结果的影响［J］. 石油化工设备技术， 2017 ， 38 （ 1 ）： 12 - 15 .

DENG Jisong . Effect of element and mesh density on the results of finite element analysis ［J］. Petro-chemical Equipment Technology ， 2017 ， 38 （ 1 ）： 12 - 15 . （In Chinese）

帅健，张春娥，陈福来 . 非线性有限元法用于腐蚀管道失效压力预测［J］. 石油学报， 2008 ， 29 （ 6 ）： 933 - 937 .

SHUAI Jian ， ZHANG Chun’e ， CHEN Fulai . Prediction of failure pressure in corroded pipelines based on non-inear finite element analysis ［J］. Acta Petrolei Sinica ， 2008 ， 29 （ 6 ）： 933 - 937 . （In Chinese）

张斌，钱成文，王玉梅，等 . 国内外高钢级管线钢的发展及应用［J］. 石油工程建设， 2012 ， 38 （ 1 ）： 1 - 4 .

ZHANG Bin ， QIAN Chengwen ， WANG Yumei ， et al . Development and application of high-grade pipeline steel at home and abroad ［J］. Petroleum Engineering Construction ， 2012 ， 38 （ 1 ）： 1 - 4 . （In Chinese）

SADASUE T ， LGI S ， KUBO T ， et al . Ductile cracking evaluation of X80/X100 high strength linepipes ［C］// 2004 International Pipeline Conference ， 2008 ， 41766 ： 1661 - 1669 .

SKELTON R P ， MAIER H J ， CHRIST H J . The Bauschinger effect，masing model and the Ramberg-Osgood relation for cyclic deformation in metals ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 1997 ， 238 （ 2 ）： 377 - 390 .

KIM J W ， YOON M S ， PARK C Y . The effect of load-controlled bending load on the failure pressure of wall-thinned pipe elbows ［J］. Nuclear Engineering and Design ， 2013 ， 265 ： 174 - 183 .

CHOI J B ， GOO B K ， KIM J C ， et al . Development of limit load solutions for corroded gas pipelines ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2003 ， 80 （ 2 ）： 121 - 128 .

LI S J ， ZHOU C Y ， LI J ， et al . Effect of bend angle on plastic limit loads of pipe bends under different load conditions ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2017 ， 131 ： 572 - 585 .

GOODALL I W . Lower bound limit analysis of curved tubes loaded by combined internal pressure and in-plane bending moment ［Z］. Research Division Report No.RD/B/N4360，UK Central Electricity Generating Board ， 1978 .

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