一种长输油气管道的凹痕损伤评价方法

1.一种长输油气管道的凹痕损伤评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于待评价管道的管材、内检测数据，建立有限元模型，确定管道凹痕的最大累积损伤位置；S2、确定管道凹痕的损伤失效判据、损伤断裂判据；S3、计算损伤失效阈值、损伤断裂阈值；S4、将待评价管道的凹痕数据转换为实际凹痕缺陷参数；S5、对比所述实际凹痕缺陷参数与损伤失效阈值、损伤断裂阈值，得到评价结果；确定管道凹痕的最大累积损伤位置的方法包括：S11、基于待评价管道的凹痕形状，将其分类为球形凹痕、椭球型凹型；S12、计算初始凹痕深度，所述初始凹痕深度＝实际最大凹痕深度/(1-回弹系数)；回弹系数为回弹距离与初始凹痕深度的比值；S13、确定最大累积损伤位置：对于椭球型凹型，最大累积损伤位置位于管道内壁的凹痕中心；对于球形凹痕：若初始凹痕深度≤10％D，则最大累积损伤位置位于管道内壁的凹痕中心；若初始凹痕深度＞10％D，则最大累积损伤位置位于管道内壁的凹痕中心沿管道环向向外移动1％D～2％D的位置；其中，D为管道外径；确定管道凹痕的损伤失效判据、损伤断裂判据的方法包括：S21、确定韧性断裂准则；S22、基于拉伸试验和有限元模拟，确定管道损伤失效时对应的韧性断裂准则中的材料常数，定义为第一材料常数；S23、将所述第一材料常数代入至韧性断裂准则中，以得到的韧性断裂准则的表达式，作为所述损伤失效判据；S24、确定管道损伤断裂时对应的韧性断裂准则中的材料常数，定义为第二材料常数；S25、将所述第二材料常数代入至韧性断裂准则中，以得到的韧性断裂准则的表达式，作为所述损伤断裂判据；步骤S21中，确定的韧性断裂准则为：式中：ε f 为断裂应变；A为管道材料的强度系数；n为管道材料的硬化指数；L为洛德参数；η为应力三轴度；C 1 、C 2 和C 3 均为材料常数；所述第一材料常数通过如下方法确定：S221、准备与待评价管道的管材相同的如下试件：标准拉伸试件、半圆孔缺口试件、平面应变试件、平面剪切试件；对各试件分别进行拉伸试验：S222、基于拉伸试验结果，得到位移-载荷曲线、真实应力-真实应变曲线；S223、建立各试件的有限元模型，并分别进行拉伸过程的仿真模拟；S224、将位移-载荷曲线达到最大载荷的时刻作为对应试样的损伤失效时刻；S225、在各试样的仿真模拟结果中，选择在对应的损伤失效时刻下等效塑性应变最大的区域作为损伤失效位置；S226、基于仿真模拟结果，计算半圆孔缺口试件、平面应变试件和平面剪切试件三种试件，在损伤失效位置处、从发生塑性变形到损伤失效时刻的第一平均应力三轴度、第一平均洛德参数：式中：η avg 为第一平均应力三轴度；L avg 为第一平均洛德参数； 为等效塑性应变；S227、将半圆孔缺口试件、平面应变试件和平面剪切试件三种试件的第一平均应力三轴度、第一平均洛德参数代入所述韧性断裂准则中，计算得到第一材料常数；所述第二材料常数通过如下方法确定：S241、基于仿真模拟结果，以半圆孔缺口试件、平面应变试件和平面剪切试件三种试件，在宏观失稳断裂的时刻作为各自对应的损伤断裂时刻；S242、以各试件在损伤断裂时刻对应的失稳断裂位置作为损伤断裂位置；S243、基于仿真模拟结果，计算半圆孔缺口试件、平面应变试件和平面剪切试件三种试件，在损伤断裂位置处、从发生塑性变形到损伤断裂时刻的第二平均应力三轴度、第二平均洛德参数；S244、将半圆孔缺口试件、平面应变试件和平面剪切试件三种试件的第二平均应力三轴度、第二平均洛德参数代入所述韧性断裂准则中，计算得到第二材料常数；所述损伤失效阈值通过如下方法计算：S31、在所述损伤失效判据的条件下，计算第一累积损伤值I'：I'＝∑I i1 ；式中：I i1 表示第i个增量步中的累计损伤； 代表等效塑性应变； 为第i个增量步对应的等效塑性应变； 为第i-1个增量步对应的等效塑性应变； 为在损伤失效判据的条件下，第i个增量步对应的断裂应变；S32、将有限元模拟中不同的凹痕深度转换为管道凹痕缺陷参数：G＝S/D；式中：G为管道凹痕缺陷参数；S为实际凹痕深度；D为管道外径；S33、建立第一累积损伤值随管道凹痕缺陷参数增大的变化曲线，定义为第一变化曲线；S34、基于第一变化曲线，取第一累积损伤值为1时对应的管道凹痕缺陷参数、作为所述损伤失效阈值；所述损伤断裂阈值通过如下方法计算：S35、在所述损伤断裂判据的条件下，计算第二累积损伤值I”：I”＝∑I i2 ；式中：I i2 表示第i个增量步中的累计损伤； 代表等效塑性应变； 为第i个增量步对应的等效塑性应变； 为第i-1个增量步对应的等效塑性应变； 为在断裂失效判据的条件下，第i个增量步对应的断裂应变；S36、将有限元模拟中不同的凹痕深度转换为管道凹痕缺陷参数：G＝S/D；式中：G为管道凹痕缺陷参数；S为实际凹痕深度；D为管道外径；S37、建立第二累积损伤值随管道凹痕缺陷参数增大的变化曲线，定义为第二变化曲线；S38、基于第二变化曲线，取第二累积损伤值为1时对应的管道凹痕缺陷参数、作为所述损伤断裂阈值；将待评价管道的凹痕数据转换为实际凹痕缺陷参数的方法为：G 0 ＝S/D；式中：G 0 为实际凹痕缺陷参数；S为实际凹痕深度；D为管道外径；对比所述凹痕缺陷参数与损伤失效阈值、损伤断裂阈值的方法包括：若实际凹痕缺陷参数＜损伤失效阈值，管道处于安全状态；若损伤失效阈值≤实际凹痕缺陷参数＜损伤断裂阈值，管道处于损伤失效状态；若损伤断裂阈值≤实际凹痕缺陷参数，管道开裂。 2.根据权利要求1所述的一种长输油气管道的凹痕损伤评价方法，其特征在于，在建立各试件的有限元模型的过程中，通过如下方法确定管材的硬化曲线：S2231、在标准拉伸试件的真实应力-真实应变曲线中，基于试件屈服后的数据得到第一阶段硬化曲线；S2232、将第一阶段硬化曲线通过Swift硬化准则进行拟合，得到Swift硬化准则中的初始参数；将Swift硬化准则中的初始参数输入到平面剪切试件的有限元模型中进行仿真模拟，基于模拟结果提取平面剪切试件的位移载荷曲线；S2233、将提取的平面剪切试件的位移-载荷曲线，与拉伸试验得到的平面剪切试件的位移-载荷曲线进行对比：若误差在设定范围内，基于Swift硬化准则通过有限元逆向验证法得到第二阶段硬化曲线；若误差超过设定范围，回到步骤S2232，修正Swift硬化准则中的初始参数；S2234、合并第一阶段硬化曲线与第二阶段硬化曲线，得到管材的完整硬化曲线，并将管材的完整硬化曲线赋值至各试件的有限元模型的材料塑性本构中。