1.爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,包括:步骤S1、对埋地聚乙烯燃气管道进行受力分析,计算触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载;步骤S2、取与埋地聚乙烯燃气管道相同材质与型号的管材,进行拉伸试验,得到工程应力-应变曲线;基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变;步骤S3、将真实应力和真实应变代入埋地聚乙烯燃气管道的双曲线本构模型内,通过计算埋地聚乙烯管道的本构模型公式,得到不同拉伸速率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度;步骤S4、根据埋地聚乙烯燃气管道的缺陷情况将其分为无缺陷段、有缺陷段,分别建立管土相互作用三维有限元模型,将所述弹性模量和屈服强度代入管土相互作用三维有限元模型中,进行触地冲击下的动力响应模拟,得到触地冲击下埋地聚乙烯管道的应力和位移分布;步骤S5、评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性;步骤S1中,触地冲击作用在埋地聚乙烯燃气管道上的荷载为 P P ,计算公式如下:式中, P max 为作用在地表的触地冲击最大载荷; H 为埋地聚乙烯燃气管道上方覆土层厚度; L 为触地冲击载荷作用点与埋地聚乙烯燃气管道的水平间距;其中 P max 的计算公式如下:式中, n 为冲击系数, V 为塌落体与地面接触时的速度, M 为塌落体质量的倒数;步骤S4中,对有缺陷段建立管土相互作用三维有限元模型的方法包括:S401、假设缺陷不存在,建立无缺陷埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型;S402、在管道表面建立含半椭圆形截面缺陷的埋地聚乙烯燃气管道非线性接触三维模型;S403、对缺陷尺寸进行无量纲化处理,得到缺陷深度系数 A 、缺陷宽度系数 B 、缺陷长度系数 H’ :A = a’ / t ;B=2 b’ / πD ;H’ = l /( Dt ) 1/2 ;式中, a’ 为缺陷截面长半轴的长度; t 为管道壁厚; b’ 为缺陷截面短半轴的长度; l 为缺陷轴向长度; D 为管道外径;S404、将 A 、 B 、 H’ 代入无缺陷模型内,并对缺陷处的网格进行局部加密处理;S405、对模型进行有效性验证。
2.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,步骤S2中,基于工程应力-应变曲线得到真实应力、真实应变的方法包括:S201、根据工程应力-应变曲线,拟合得到不同拉伸速率下管材的屈服强度计算公式;S202、将不同拉伸速率代入屈服强度计算公式中,得到管材屈服时的工程应力 ;S203、计算真实应力 、真实应变 :式中, ε 为工程应变,根据工程应力-应变曲线得到; 为管材的泊松比; L 0 为拉伸试验的试样初始长度; L 为拉伸试验后的试样长度; ΔL 为试样变形量。
3.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,步骤S3中,得到埋地聚乙烯管道的弹性模量和屈服强度的方法包括:S301、将不同拉伸速率下得到的真实应力 、真实应变 代入埋地聚乙烯管道的双曲线本构模型,得到:式中, a 、 b 为待定参数;S302、用双曲线本构模型公式对工程应力-应变曲线进行拟合,得到不同拉伸速率下对应的 a 、 b 值,建立 a 、 b 与拉伸速率的关系曲线;S303、用 a 、 b 与拉伸速率的关系曲线对 a 、 b 进行拟合,得到:a = a 1 ×ln( v )+ a 2b = b 1 ×ln( v )+ b 2式中, v 为管材的单轴拉伸速率; a 1 、 a 2 、 b 1 、 b 2 均为双曲线本构模型参数;S304、得到埋地聚乙烯管道的本构模型公式,并根据本构模型公式得到不同拉伸速率下管材的应力应变曲线;所述本构模型公式为:式中, 为应力; ε 为应变; v 为管材的单轴拉伸速率; a 1 、 a 2 、 b 1 、 b 2 均为双曲线本构模型参数;S305、根据不同拉伸速率下管材的应力应变曲线,得到相应应变率下埋地聚乙烯燃气管道的弹性模量和屈服强度。
4.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,步骤S4中,通过触地冲击下的动力响应模拟获得:管道在触地冲击下的不同时刻范式等效应力云图、管道横截面处范式等效应力随时间变化曲线、管道受冲击中心横截面各位置沿塌落体垂直冲击方向的位移随时间变化曲线、管道最大范式等效应力沿轴向变化曲线、管道纵截面形变量沿轴向变化曲线。
5.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,步骤S5中,在评价埋地聚乙烯燃气管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性之前,还对评价参数进行敏感性分析。
6.根据权利要求5所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,对于无缺陷段,进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种:塌落体触地冲击速度、塌落体触地冲击角度、塌落体触地冲击方式、塌落体触地冲击偏心距、聚乙烯燃气管道径厚比、埋地聚乙烯燃气管道覆土厚度、路面结构;对于有缺陷段,进行敏感性分析的评价参数包括以下任意一种或多种:塌落体触地冲击速度、聚乙烯燃气管道内部工作压力、缺陷深度、缺陷宽度、缺陷长度。
7.根据权利要求5所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,对评价参数进行敏感性分析的方法包括:S501、对每种评价参数进行变量分析,得到不同参数下管道的强度和位移变化规律曲线、以及对应的曲线公式;S502、对各评价参数进行正交试验:使每种评价参数对应一列因素,设K jm 为第j列因素在m水平下所对应的试验指标和, 为K jm 的平均值;计算第j列因素的极差R j ,通过R j 反映第j列因素的水平变动时,试验指标的变动幅度;其中: ;得到正交试验结果;其中R j 越大、对应的评价参数对管道安全运行的危害越大;S503、对正交试验结果进行多元线性回归,得到各评价参数与管道最大范式等效应力的回归方程。
8.根据权利要求1所述的爆破拆除塌落体触地冲击下聚乙烯燃气管道安全评价方法,其特征在于,步骤S5中,评价埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下的安全性的依据为:当埋地聚乙烯管道在爆破拆除塌落体触地冲击下,其上最大范式等效应力大于或等于管道屈服强度时,管道超过极限承载能力。