薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论
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ｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｌｏａｄ ｏｆ ｐｉｐｅｓ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｉｐｅｓ’ｌｉｍｉｔ ｌｏａｄ ｗａｓ ｄｉｓ— ｃｕｓｓｅｄ ｗｈｅｎ ｄｅｆｅｃｔｓ ｌｏｃａｔｅｄ ａｔ ａｘｉａｌ ａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅｎ
含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论
彭剑。周昌玉。薛吉林。代巧 （南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１０００９）
摘要：局部减薄是压力管道常见的一种体积型缺陷，在管道的服役过程中不仅会出现单个局部减 薄缺陷，甚至会有多个局部减薄缺陷。通过有限元方法模拟内压作用下含双局部减薄缺陷管道获 得其极限载荷，讨论了在不同的轴向和环向排列方式以及不同的局部减薄相对深度下，两局部减薄 缺陷间的距离对压力管道极限载荷影响程度的差异。然后对所计算模型应用ＡＰＩ ５７９—１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ—ｌ—２００７《适合服役》与ＧＢ／Ｔ １９６２４－－－２００４（在用含缺陷压力容器安全评定》中对多局部减薄 （凹坑）处理方法进行评定，并与有限元得到的结果进行比较，发现两评定规范既存在着保守性，也 存在着不安全性。最后对两评定规范所论述的方法进行修正，提出了一种新的用于内压作用下含 多局部减薄缺陷管道的多局部减薄处理方法。 关键词：多局部减薄；压力管道；极限载荷；有限元 中图分类号：ＴＱ０５５．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４８３７（２０ｌｏ）０５－００２１－０５ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４８３７．２０１０．０５．００５
法进行了验证，模拟了管道端部分别施加轴向力 与施加轴向位移约束时局部减薄处的应力应变情 况，发现两者的应力应变分布情况相似，最大应力 与最大应变相差都较小。根据管道结构、载荷与 边界条件的对称性，选取１／２模型进行模拟，以减 少运算时间。在管道１／２截面处施加对称约束。 为了使计算结果尽量连续，对几何结构突变处进 行网格细分，根据缺陷尺寸的不同网格数相差较 大，网格划分如图２所示。
万方数据
第２７卷第５期
压力 容 器
总第２１０期
法很多，比如：两倍弹性斜率准则、双切线交点准 则、零曲率准则等。文中采用的极限载荷判定准 则是两倍弹性斜率准则。两倍弹性斜率准则是指 试验载荷位移曲线与两倍弹性斜率线之交点所对 应的载荷值即为极限载荷¨０｜。 ２．３极限载荷有限元模拟结果的验证
为验证极限载荷有限元模拟结果的正确性， 现对无缺陷管道用解析解求出的极限载荷与有限 元模拟获得的基于两倍斜率准则的极限载荷进行
局部减薄间的
距离ｄ
轴向 排列
Ｐ Ｌ
姐，Ｐ∞
环向
Ｒ
排列 龋，Ｐｍ
０．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
５５．２ ０．０７２３
５７．５ ０．０３３６
５６．２
５６．３
５６．８
０．０５５５ ５８．４
０．０５３８ ５８．５
０．０４５４ ５９
０．０１８５ ０．０１６８ Ｏ．００８４
注：单局部减薄的极限载荷Ｐ∞－－５９．５ ＭＩＣａ。
２有限元模型及极限载荷的确定
２．１建立有限元模型 文中所选取的研究模型为带有局部减薄缺陷
的Ｑ２３５管道，材料本构由文献［７］得到。管道的 尺寸０１０８ ｍｍ×８ ｍｍ，为减小边界条件对计算结 果的影响，管长２ｓ取２ ｍ，两局部减薄位于管道 中央位置，对局部减薄的尺寸进行无量纲处理得 到缺陷尺寸的无因次参数：相对深度ａ／ｔ、相对轴
从计算结果可以看出： （１）随着局部减薄间距离的增加，双局部减 薄极限载荷越接近于单缺陷下的极限载荷结果， ＡＰ／Ｐ加越来越小，说明随着局部减薄间距的增加， 两局部减簿间的交互作用越来越弱。 （２）在各个深度下，双局部减薄沿轴向排列 时对极限载荷的影响较大；双局部减薄沿环向排 列时对极限载荷的影响很小，几乎可以不用考虑 环向多局部减薄的影响。这个结果也是合理的， 因为在文献［１１］中可知，对于单个局部减薄缺陷 在内压作用下，局部减薄的轴向长度在一定范围 内对极限载荷是有影响的，但是局部减薄的周向 长度对极限载荷几乎没影响。而文中的双局部减 薄是在单局部减薄的基础上在环向和轴向分别再 增加了一个局部减薄缺陷，相当于对轴向和环向 缺陷的延伸。 （３）随着深度的增加，双局部减薄沿着环向 排列时△Ｐ／Ｐｍ变化很小，始终位于很小的范围； 而双局部减薄沿着轴向排列时△Ｐ／Ｐ加变化较大。
图１ 含双局部减薄缺陷管道结构示意 文中通过运用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件旧。 对带有局部减薄缺陷的Ｑ２３５管道进行模拟，以 得到其极限载荷，计算时采用ｃ３Ｄ２０Ｒ二次减缩 积分单元。在管道内壁处施加内压载荷，在管道 两端部施加限制管道轴向运动的约束。由于双局 部减薄位于管道中心离管道端部较远，因此管道 端部的轴向位移约束并不会对双局部减薄处的应 力应变情况产生显著的影响。并且运用有限元方
长ｂ，此时相对轴向长度Ｌ／，／ｋＴ为０．７０，相对环向 角度∥订为０．１０，局部减薄的相对深度取０．２， ０．５，０．７。双局部减薄间距ｄ取０．５ｂ，ｂ，１．５ｂ，２ｂ。
经过有限元模拟得到了在不同的局部减薄相 对深度下含双局部减薄压力管道的极限载荷随着 双局部减薄间距的变化情况，见表１～３。
表１局部减薄的相对深度为０．２时的 极限载荷计算结果
表２局部减薄的相对深度为０．５时的 极限载荷计算结果
局部减薄间的
wk.baidu.com
距离ｄ
轴向
ＰＬ
排列 环向
△Ｐ，Ｐｍ ＰＬ
排列 ＡＰ，Ｐｍ
Ｏ．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
４９．８
５０．１
０．０８１２ ０．０７５６
５３．Ｏ
５３．３
０．０２２１ ０．０１６６
５１．５
５２．８
Ｏ．０４９８ ０．０２５８
５３．８
５４．１
０．００７４ ０．００１８
，＇一
比较。解析解采用福贝尔公式计算，即Ｐｏ＝ｇ—－Ｕ孑ｓ
√３
Ｐ
×Ｉｎ（ｉＬＬｏ）＝６２．８４ ＭＰａ；根据有限元模拟作出的载 ＾ｉ
荷一应变曲线所得的极限载荷为６２．４２ＭＰａ。两 者相差０．６６８％。由此可见，有限元模拟获得的 极限载荷结果是可信的。
３极限载荷的结果与讨论
由文献［１１］可知对于含单个局部减薄缺陷 的管道来说，局部减薄缺陷的相对深度为影响管 道极限载荷的主要因素，而局部减薄缺陷的相对 轴向长度和相对环向角度都是影响极限载荷的次 要因素。因此，文中在局部减薄的相对环向角度 和相对轴向长度不变，相对深度变化的条件下分 析了含双局部减薄缺陷压力管道的极限载荷随着 双局部减薄间距的变化情况。局部减薄的轴向长 度和环向长度均取１４．４５ ｍｍ记为局部减薄的边
减薄边界间的距离，结构见图ｌ。
局部减薄是管道缺陷中一种较为常见的体积 型缺陷，它主要是由于冲蚀、腐蚀以及机械损伤等 原因造成，并且在管道工作过程中时常会有多个 局部减薄缺陷出现。目前，国内外对内压作用下 的含局部减薄缺陷管道的完整性评定做了广泛的 研究…，并形成了多部含体积缺陷管道的安全评 定规范，比如ＡＰＩ ５７９—１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ一１—２００７ 《适合服役》嵋１与ＧＢ／Ｔ １９６２４—２００４《在用含缺 陷压力容器安全评定》”Ｊ。已有研究人员对这些 评定规范在单个局部减薄缺陷下的适用性进行讨 论Ｈ．５ Ｊ。同时，这些规范给出了处理多局部减薄 （凹坑）缺陷的方法，但这些方法的处理结果在某 些情况下是比较保守的，在某些情况下却又存在 着不安全性。从国内外的文献来看，多局部减薄 缺陷管道的极限载荷问题鲜有研究。文中首先应 用弹塑性有限元方法模拟获得在内压作用下含双 局部减薄缺陷管道的极限载荷旧Ｊ，研究了两局部 减薄间的距离对极限载荷的影响，以及在不同局 部减薄相对深度和轴向与环向的不同双局部减薄 排列方式下影响程度的区别，比较了美国ＡＰＩ ５７９ —１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ—ｌ—２００７与国内ＧＢ／Ｔ １９６２４— ２００４对多局部减薄（凹坑）的处理方法，分别用这 ２种规范对所计算的模型进行处理，并将处理结 果与有限元模拟所得到的结果进行比较，研究评 定标准的安全性与保守程度。最后对两评定规范 所论述的方法进行修正，提出了一种新的用于在 内压作用下含多局部减薄缺陷管道的多局部减薄 处理方法。
ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅ—
ｆｅｃｔｓ ｉｎ ＡＰＩ ５７９一ｌ ＡＳＭＥ ＦＦＳ一１－－－２００７ Ｆｉｔｎｅｓｓ一而ｒ—Ｓｅｒｖ／ｃｅ ａｎｄ ＧＢ／Ｔ １９６２４—２００４，ｈ一＆朋妇
注：单局部减薄的极限载荷ＪＤ∞＝５４．２ ＭＩＣａ。 表３局部减薄的相对深度为０．７时的 极限载荷计算结果
局部减薄间的
距离ｄ
轴向
凡
排列 环向
△Ｐ，Ｐｍ ＰＬ
排列
ＡＰ／Ｐ∞
０．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
３５．２ ０．２８４６
４８．２ ０．０２０３
４１ ０．１６６７
４８．８ ０．００８１
４１．５ Ｏ．１５６５
４９ ０．００４ｌ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｉｐｅ；ｌｉｍｉｔ ｌｏａｄ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
基金项目：江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２００８３７３）
·２１·
万方数据
ＣＰＶＴ
１ 引言
含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论
Ｖｏｌ２７．Ｎ０５ ２０ｌＯ
向长度∥√ｍ、相对环向角度∥仃，口，Ｌ，ｐ和ｄ分 别为缺陷的深度、轴向长度、环向半角度和两局部
·２２·
图２含双局部减薄管道的网格划分 ２．２确定极限载荷的方法
在内压作用下管道的极限载荷是指由于内压 的逐渐增加，管道由弹性状态进人塑性状态，最后 进入极限状态，此时结构变形无限制增加时的载 荷∽ｊ。在有限元模拟过程中，通过不断增加内压 使其达到极限状态，然后根据有限元计算得到的 结果做出载荷一应变曲线，并运用判定极限载荷 的准则就可以得到极限载荷。判定极限载荷的方
４１．９ ０．１４８４
４９．１
０．００２０
注：单局部减薄的极限载荷尸加。４９一ＭＰａｏ
，
ＡＰ／ｐ，。表示极限载荷之差与含单局部减薄缺 陷管道的极限载荷的比值，用此值即能表示双局 部减薄缺陷的交互作用对管道的极限载荷的影 响。根据△Ｐ／Ｐ加的大小即能判定是否需要考虑双 局部减薄缺陷间的影响。其中，△尸表示双局部减 薄管道与单个局部减薄管道间极限载荷之差，Ｐ∞ 表示单个局部减薄缺陷下的极限载荷。
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｈｐｅ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌｏｃａｌ Ｗａｌｌ Ｔｈｉｎｎｉｎｇ Ｄｅｆｅｃｔｓ
ＰＥＮＧ Ｊｉａｎ，ＺＨＯＵ Ｃｈａｎｇ—ｙｕ，ＸＵＥ Ｊｉ—ｌｉｎ，ＤＡＩ Ｑｉａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎ ｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９， Ｃｈｉｎａ）
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｄｅｆｅｃｔｓ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｉｔ’Ｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｒｅ ｂｏｔｈ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ａｎｄ ｕｎｒｅｌｉａｂｌｅ ａｓｐｅｃｔｓ．Ａｔ ｌａｓｔ， ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＋ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｉｐｅｓ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ ｉｓ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｆｅｃｔ ｉｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｉｐｅｓ．Ｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ ｐｒｅｓ— ｓｕｒｅ ｐｉｐｅｓ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｉｎｇｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅ—
含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论
彭剑。周昌玉。薛吉林。代巧 （南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１０００９）
摘要：局部减薄是压力管道常见的一种体积型缺陷，在管道的服役过程中不仅会出现单个局部减 薄缺陷，甚至会有多个局部减薄缺陷。通过有限元方法模拟内压作用下含双局部减薄缺陷管道获 得其极限载荷，讨论了在不同的轴向和环向排列方式以及不同的局部减薄相对深度下，两局部减薄 缺陷间的距离对压力管道极限载荷影响程度的差异。然后对所计算模型应用ＡＰＩ ５７９—１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ—ｌ—２００７《适合服役》与ＧＢ／Ｔ １９６２４－－－２００４（在用含缺陷压力容器安全评定》中对多局部减薄 （凹坑）处理方法进行评定，并与有限元得到的结果进行比较，发现两评定规范既存在着保守性，也 存在着不安全性。最后对两评定规范所论述的方法进行修正，提出了一种新的用于内压作用下含 多局部减薄缺陷管道的多局部减薄处理方法。 关键词：多局部减薄；压力管道；极限载荷；有限元 中图分类号：ＴＱ０５５．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４８３７（２０ｌｏ）０５－００２１－０５ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４８３７．２０１０．０５．００５
法进行了验证，模拟了管道端部分别施加轴向力 与施加轴向位移约束时局部减薄处的应力应变情 况，发现两者的应力应变分布情况相似，最大应力 与最大应变相差都较小。根据管道结构、载荷与 边界条件的对称性，选取１／２模型进行模拟，以减 少运算时间。在管道１／２截面处施加对称约束。 为了使计算结果尽量连续，对几何结构突变处进 行网格细分，根据缺陷尺寸的不同网格数相差较 大，网格划分如图２所示。
万方数据
第２７卷第５期
压力 容 器
总第２１０期
法很多，比如：两倍弹性斜率准则、双切线交点准 则、零曲率准则等。文中采用的极限载荷判定准 则是两倍弹性斜率准则。两倍弹性斜率准则是指 试验载荷位移曲线与两倍弹性斜率线之交点所对 应的载荷值即为极限载荷¨０｜。 ２．３极限载荷有限元模拟结果的验证
为验证极限载荷有限元模拟结果的正确性， 现对无缺陷管道用解析解求出的极限载荷与有限 元模拟获得的基于两倍斜率准则的极限载荷进行
局部减薄间的
距离ｄ
轴向 排列
Ｐ Ｌ
姐，Ｐ∞
环向
Ｒ
排列 龋，Ｐｍ
０．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
５５．２ ０．０７２３
５７．５ ０．０３３６
５６．２
５６．３
５６．８
０．０５５５ ５８．４
０．０５３８ ５８．５
０．０４５４ ５９
０．０１８５ ０．０１６８ Ｏ．００８４
注：单局部减薄的极限载荷Ｐ∞－－５９．５ ＭＩＣａ。
２有限元模型及极限载荷的确定
２．１建立有限元模型 文中所选取的研究模型为带有局部减薄缺陷
的Ｑ２３５管道，材料本构由文献［７］得到。管道的 尺寸０１０８ ｍｍ×８ ｍｍ，为减小边界条件对计算结 果的影响，管长２ｓ取２ ｍ，两局部减薄位于管道 中央位置，对局部减薄的尺寸进行无量纲处理得 到缺陷尺寸的无因次参数：相对深度ａ／ｔ、相对轴
从计算结果可以看出： （１）随着局部减薄间距离的增加，双局部减 薄极限载荷越接近于单缺陷下的极限载荷结果， ＡＰ／Ｐ加越来越小，说明随着局部减薄间距的增加， 两局部减簿间的交互作用越来越弱。 （２）在各个深度下，双局部减薄沿轴向排列 时对极限载荷的影响较大；双局部减薄沿环向排 列时对极限载荷的影响很小，几乎可以不用考虑 环向多局部减薄的影响。这个结果也是合理的， 因为在文献［１１］中可知，对于单个局部减薄缺陷 在内压作用下，局部减薄的轴向长度在一定范围 内对极限载荷是有影响的，但是局部减薄的周向 长度对极限载荷几乎没影响。而文中的双局部减 薄是在单局部减薄的基础上在环向和轴向分别再 增加了一个局部减薄缺陷，相当于对轴向和环向 缺陷的延伸。 （３）随着深度的增加，双局部减薄沿着环向 排列时△Ｐ／Ｐｍ变化很小，始终位于很小的范围； 而双局部减薄沿着轴向排列时△Ｐ／Ｐ加变化较大。
图１ 含双局部减薄缺陷管道结构示意 文中通过运用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件旧。 对带有局部减薄缺陷的Ｑ２３５管道进行模拟，以 得到其极限载荷，计算时采用ｃ３Ｄ２０Ｒ二次减缩 积分单元。在管道内壁处施加内压载荷，在管道 两端部施加限制管道轴向运动的约束。由于双局 部减薄位于管道中心离管道端部较远，因此管道 端部的轴向位移约束并不会对双局部减薄处的应 力应变情况产生显著的影响。并且运用有限元方
长ｂ，此时相对轴向长度Ｌ／，／ｋＴ为０．７０，相对环向 角度∥订为０．１０，局部减薄的相对深度取０．２， ０．５，０．７。双局部减薄间距ｄ取０．５ｂ，ｂ，１．５ｂ，２ｂ。
经过有限元模拟得到了在不同的局部减薄相 对深度下含双局部减薄压力管道的极限载荷随着 双局部减薄间距的变化情况，见表１～３。
表１局部减薄的相对深度为０．２时的 极限载荷计算结果
表２局部减薄的相对深度为０．５时的 极限载荷计算结果
局部减薄间的
wk.baidu.com
距离ｄ
轴向
ＰＬ
排列 环向
△Ｐ，Ｐｍ ＰＬ
排列 ＡＰ，Ｐｍ
Ｏ．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
４９．８
５０．１
０．０８１２ ０．０７５６
５３．Ｏ
５３．３
０．０２２１ ０．０１６６
５１．５
５２．８
Ｏ．０４９８ ０．０２５８
５３．８
５４．１
０．００７４ ０．００１８
，＇一
比较。解析解采用福贝尔公式计算，即Ｐｏ＝ｇ—－Ｕ孑ｓ
√３
Ｐ
×Ｉｎ（ｉＬＬｏ）＝６２．８４ ＭＰａ；根据有限元模拟作出的载 ＾ｉ
荷一应变曲线所得的极限载荷为６２．４２ＭＰａ。两 者相差０．６６８％。由此可见，有限元模拟获得的 极限载荷结果是可信的。
３极限载荷的结果与讨论
由文献［１１］可知对于含单个局部减薄缺陷 的管道来说，局部减薄缺陷的相对深度为影响管 道极限载荷的主要因素，而局部减薄缺陷的相对 轴向长度和相对环向角度都是影响极限载荷的次 要因素。因此，文中在局部减薄的相对环向角度 和相对轴向长度不变，相对深度变化的条件下分 析了含双局部减薄缺陷压力管道的极限载荷随着 双局部减薄间距的变化情况。局部减薄的轴向长 度和环向长度均取１４．４５ ｍｍ记为局部减薄的边
减薄边界间的距离，结构见图ｌ。
局部减薄是管道缺陷中一种较为常见的体积 型缺陷，它主要是由于冲蚀、腐蚀以及机械损伤等 原因造成，并且在管道工作过程中时常会有多个 局部减薄缺陷出现。目前，国内外对内压作用下 的含局部减薄缺陷管道的完整性评定做了广泛的 研究…，并形成了多部含体积缺陷管道的安全评 定规范，比如ＡＰＩ ５７９—１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ一１—２００７ 《适合服役》嵋１与ＧＢ／Ｔ １９６２４—２００４《在用含缺 陷压力容器安全评定》”Ｊ。已有研究人员对这些 评定规范在单个局部减薄缺陷下的适用性进行讨 论Ｈ．５ Ｊ。同时，这些规范给出了处理多局部减薄 （凹坑）缺陷的方法，但这些方法的处理结果在某 些情况下是比较保守的，在某些情况下却又存在 着不安全性。从国内外的文献来看，多局部减薄 缺陷管道的极限载荷问题鲜有研究。文中首先应 用弹塑性有限元方法模拟获得在内压作用下含双 局部减薄缺陷管道的极限载荷旧Ｊ，研究了两局部 减薄间的距离对极限载荷的影响，以及在不同局 部减薄相对深度和轴向与环向的不同双局部减薄 排列方式下影响程度的区别，比较了美国ＡＰＩ ５７９ —１ ＡＳＭＥ ＦＦＳ—ｌ—２００７与国内ＧＢ／Ｔ １９６２４— ２００４对多局部减薄（凹坑）的处理方法，分别用这 ２种规范对所计算的模型进行处理，并将处理结 果与有限元模拟所得到的结果进行比较，研究评 定标准的安全性与保守程度。最后对两评定规范 所论述的方法进行修正，提出了一种新的用于在 内压作用下含多局部减薄缺陷管道的多局部减薄 处理方法。
ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅ—
ｆｅｃｔｓ ｉｎ ＡＰＩ ５７９一ｌ ＡＳＭＥ ＦＦＳ一１－－－２００７ Ｆｉｔｎｅｓｓ一而ｒ—Ｓｅｒｖ／ｃｅ ａｎｄ ＧＢ／Ｔ １９６２４—２００４，ｈ一＆朋妇
注：单局部减薄的极限载荷ＪＤ∞＝５４．２ ＭＩＣａ。 表３局部减薄的相对深度为０．７时的 极限载荷计算结果
局部减薄间的
距离ｄ
轴向
凡
排列 环向
△Ｐ，Ｐｍ ＰＬ
排列
ＡＰ／Ｐ∞
０．５６
ｂ
１．５６
２ｂ
３５．２ ０．２８４６
４８．２ ０．０２０３
４１ ０．１６６７
４８．８ ０．００８１
４１．５ Ｏ．１５６５
４９ ０．００４ｌ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｉｐｅ；ｌｉｍｉｔ ｌｏａｄ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
基金项目：江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２００８３７３）
·２１·
万方数据
ＣＰＶＴ
１ 引言
含多局部减薄缺陷压力管道的安全评定方法讨论
Ｖｏｌ２７．Ｎ０５ ２０ｌＯ
向长度∥√ｍ、相对环向角度∥仃，口，Ｌ，ｐ和ｄ分 别为缺陷的深度、轴向长度、环向半角度和两局部
·２２·
图２含双局部减薄管道的网格划分 ２．２确定极限载荷的方法
在内压作用下管道的极限载荷是指由于内压 的逐渐增加，管道由弹性状态进人塑性状态，最后 进入极限状态，此时结构变形无限制增加时的载 荷∽ｊ。在有限元模拟过程中，通过不断增加内压 使其达到极限状态，然后根据有限元计算得到的 结果做出载荷一应变曲线，并运用判定极限载荷 的准则就可以得到极限载荷。判定极限载荷的方
４１．９ ０．１４８４
４９．１
０．００２０
注：单局部减薄的极限载荷尸加。４９一ＭＰａｏ
，
ＡＰ／ｐ，。表示极限载荷之差与含单局部减薄缺 陷管道的极限载荷的比值，用此值即能表示双局 部减薄缺陷的交互作用对管道的极限载荷的影 响。根据△Ｐ／Ｐ加的大小即能判定是否需要考虑双 局部减薄缺陷间的影响。其中，△尸表示双局部减 薄管道与单个局部减薄管道间极限载荷之差，Ｐ∞ 表示单个局部减薄缺陷下的极限载荷。
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｓａｆｅｔｙ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｈｐｅ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌｏｃａｌ Ｗａｌｌ Ｔｈｉｎｎｉｎｇ Ｄｅｆｅｃｔｓ
ＰＥＮＧ Ｊｉａｎ，ＺＨＯＵ Ｃｈａｎｇ—ｙｕ，ＸＵＥ Ｊｉ—ｌｉｎ，ＤＡＩ Ｑｉａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎ ｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９， Ｃｈｉｎａ）
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌｓ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｄｅｆｅｃｔｓ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ．Ｉｔ’Ｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｒｅ ｂｏｔｈ ｏｆ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ａｎｄ ｕｎｒｅｌｉａｂｌｅ ａｓｐｅｃｔｓ．Ａｔ ｌａｓｔ， ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＋ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｉｐｅｓ ｕｎｄｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ ｉｓ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ｄｅｆｅｃｔ ｉｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｉｐｅｓ．Ｉｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ ｐｒｅｓ— ｓｕｒｅ ｐｉｐｅｓ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｉｎｇｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌｏｃａｌ ｗａｌｌ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ｄｅ—