第一章 绪 论
1.1 前言
管道运输是利用金属，塑料等材质管道实现对于物料运输的一种运输方式，是由生产地向使用地运输的一种运输方式，是干线运输的重要组成部分。管道运输具有输送量大，经济安全投资少的特点.管道运输是一种由生产地直接向市场运输的方式所以可省去水运和陆运的中转坏节，极大的提高了运输效率，缩短运输周期，降低了运输成本。当前管道运输的发展趋势是：运输管道的口径不断增大；管道的运距迅速增加；运输能力大幅度提高。各类管网系统的安全生产和运行直接关系到各类生产的安全性和人们生命、财产以及日常生活。管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安性高、利于环保等独特优势, 尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气. 但是对于管道的安全问题直都存在很大的隐患.尤其在地质灾害容易发生的地区, 崩塌灾害已成为对管道安全威胁最严重的地质灾害形式之一。此外，管道还会因遭受长期载荷冲击的影响导致管道寿命间断及失效的问题。管道可能承受许多种外力的作用，包括本身的重量、流体作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震波等。其中，振动载荷对管道的破坏影响最大。特别是低载荷的地震对于管道的影响还没有引起人们的足够的重视。各类管道遇到地震、振动等冲击载荷时会产生裂纹并扩展，从而引起管道失稳甚至破坏现象。这是在世界范围内较普遍存在的问题。我国大陆地区地震频发，造成管网系统的破坏不尽其数。这是我们研究这一问题的缘由。随着世界管道业的不断发展，管道的应用也深入到了人们生活的方方面面，所以对于管道的失效破坏的研究具有很重要的经济和社会意义[1]。
1.2 管道的发展和材料介绍
1.2.1 管道运输业的发展[1-8]
1.中国管道业的发展管道在中国是古老运输方式。早在公元前，中国就利用这种运输方式，这可以算是世界管道运输的开端。19 世纪末，我国的西南等区域的输送管道长达 200 多公里。20 世纪 50 年代以后我国的现代管道业才得到发展。60 年代，伴随各大油田的相继开发，我国先后修建 20 多条输油管道。主要的管线有:大庆—铁岭—秦皇岛—北京；大庆—铁岭—大连港；任丘—北京等。这些管线的建立在我国形成了一个完整的原油管道网。1970 年，我国油田产量突破万吨，依靠传统运输不能够满足油田迅速发展的需要。为了解决这一状况。我国于 1975 年修建了多条原油管线管线。20 世纪 90 年代，随着天然气勘探量增加，天然气管线也得到迅速发展。2004 年，西气东输工程横贯中国西东，构成我国南北天然气管道环网。到 2005 年初步形成了以西气东输为主的三条主要的输气干线，形成南方网络供气的格局。2006 年底，我国已经形成了初具规模的跨区域油气管网。2009 年以后，中国多条干线联络管道相继建成，提高了中国天然气供应系统的安全可靠性。随着经济的不断发展我国的油气管道运输发展呈现上升的趋势（如图 1-1）
2.世界管道运输业的发展1825 年第一条输气管线在宾夕法尼亚铺设而成，这是真正的工业管道输送的开端，之后的 50 多年管道以铸铁钢加丝扣连接的方式缓慢发展着。20 世纪 20 年代焊接方法应用于管道生产，这样管道的直径与长度有了扩大的可能，许多地方的管线规模开始扩展并且具备了向近海和极地延伸的能力。（1）波罗的海管道运输系统。90 年代初，建设的俄罗斯波罗的海管道运输系统，作为欧洲主要的原油供货管道之一。（2）友谊管道系统。50 年代末期，苏联、利捷克斯洛伐克、匈牙利等国家，共同签署了建设友谊管道的协议，建设管道。它的主干线由伏尔加河沿岸向西延伸，途经八个州，最终进入白俄罗斯。（3）萨马拉新罗西斯克管道。该管道将萨马拉输送过来的石油，经过国内管网传输至港口城市新罗西斯克，装船后运送到西方国家。（4）里海财团管道。该管道，连接俄罗斯的新罗西斯克港和哈萨克斯坦的田吉兹油田，将俄罗斯和哈萨克斯坦的原油通过黑海出口向外出口。（5）中亚石油管道系统。（6）远东太平洋石油管道系统。
1.2.2 管道的用材
随着科技水平的发展现代的管道运输业采用了很多新的材料和新的技术，这些技术更加促进了这一运输业的长足发展，我国使用国产高强度 X70、X80 管线钢作为管道运输的主要材料，最常用的是 X70，X70 是一种低合金高强度管线钢，抗拉强度高，韧性好，抗腐蚀性能好，能抵御埋在地下常态环境条件下使用。X70 钢管属于螺纹焊缝钢管，耐中高压工作压力的管线钢，这种钢材一般是用以下 3种方法来焊接：1.打底使用碳素焊条，盖面使用自保护焊丝的方式；2 气保焊焊接；
第二章 输气管道工作过............... 15-19
2.1 输气管道运输及其............ 15-16
2.2 输气管道的材质与....... 16-17
2.3 管道的常见破坏形............ 17-19
第三章 ANSYS 软件介绍.......... 19-23
3.1 有限元法的基......... 19-20
3.2 软件介绍........... 20-23
第四章 管道疲劳破坏的理.............. 23-26
4.1 管道材料的疲...... 23-26
第五章 基于 ANSYS 的管............. 26-52
5.1 对管道进行 ANSY........... 26-47
5.1.1 管道只受冲击载荷时............. 31-44
5.1.2 结论........... 44-45
5.1.3 管道不受载荷只有流体时应力..........45-47
第六章 总结和展望
通过本次研究已经完成了在低频地震波冲击载荷下直管道，弯管道，T 型管道以及十字管道的 ansys 建模和应力分析，对管道内存在流体的情况也进行了模拟分析，找出了这些管道应力最大的部位和产生的原因，为今后的管道疲劳裂纹产生及破坏机理的研究提供计算机模拟分析的依据。由于时间的原因还有很多未完成的工作：管道裂纹的产生及破坏还与温度有关，本论文中的模拟实验只是在常温下进行的模拟，还未进行低温环境下的管道模拟分析实验；未完成在不同地震波震级和频率作用下带有裂纹缺陷的管道和没有带缺陷的管道对疲劳裂纹敏感性程度，裂纹扩展速率和延伸方向规律。
改进方法：1. 管线路力求顺直缩短管道的长度，减少转角和竖向的起伏，降低不利条件的输送。2. 对于必须要转弯的地区采用圆弧管道的形式进行传送能够有效的减少应力较大区域的产生。3. 从材料方面考虑可以在弯道或其他应力较为大的部位使用符合材料加强材料的抗压性能。力求管线顺直的原因：通过，对于弯管加载同样的载荷 F=360.78N 后，发现弯曲程度剧烈的管道其应力的最大值要比弯曲程度平缓的管道大，所以建议使用，较为顺直的管道减少管道的破坏。对于材料方面的改进进行分析：由分析结果可知管道的内外侧受到的应力较大（如下图）
参考文献
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