一种油气管道疲劳寿命预测方法、系统、设备及介质与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、管道被广泛应用于油气运输，在输油/气站中，由于泵组等增压设施的存在，使得管道不可避免的发生频繁振动，长时间振动将引起输油/气管道的疲劳问题，造成管道的失效与破坏。当前对工作载荷等因素引起的材料疲劳问题，研究已经相当成熟，但对振动载荷引起的输油/气管道疲劳问题研究较少。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体针对没有成套且完整的通过振动载荷预测疲劳寿命的问题，具体提供了一种油气管道疲劳寿命预测方法、系统、设备及介质，具体如下：

2、1)第一方面，本发明提供一种油气管道疲劳寿命预测方法，具体技术方案如下：

3、确定待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷；

4、根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型；

5、根据预设需求确定所述三维实体有限元模型对应的边界条件，并基于所述最大振动载荷以及所述最小振动载荷在所述三维实体有限元模型的测点位置进行应力分布预测，得到第一弹性应力分布场以及第二弹性应力分布场；

6、根据所述第一弹性应力分布场以及所述第二弹性应力分布场确定所述待预测管道的当量疲劳幅值，根据所述当量疲劳幅值确定所述待预测管道的疲劳寿命。

7、本发明提供的一种油气管道疲劳寿命预测方法的有益效果如下：

8、通过振动载荷来对油气管道疲劳寿命进行预测，更具有准确性以及实用性。

9、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷的确定过程为：

11、确定所述待预测管道的非应力集中区域，在每个非应力集中区域布设应变片，通过应变片采集振动测试中的振动信号，基于所有振动信号确定所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷。

12、进一步，根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型的过程为：

13、根据所述待预测管道的实际尺寸，构建初三维实体有限元模型；

14、通过网格划分法，对所属初三维实体有限元模型中非连续区域进行补充，得到三维实体有限元模型。

15、进一步，通过第一公式计算当量疲劳幅值，所述第一公式为：

16、δσij＝mσij-nσij；

17、

18、其中，δsp为当量疲劳幅值，δσij表示第一弹性应力场某方向应力与第二弹性应力场在该方向的应力差值，i，j的取值分别为1，2，3，而1，2，3分别代表应力场中的x，y，z方向，mσij表示第一弹性应力场在某方向的应力，nσij表示第二弹性应力场在某方向的应力，δσ11表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在x方向的应力差值，δσ22表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在y方向的应力差值，δσ33表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在z方向的应力差值，δσ12表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在xy平面内沿z方向的剪力差值，δσ13表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在xz平面内沿y方向的剪力差值，δσ23表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在yz平面内沿z方向的剪力差值。

19、2)第二方面，本发明还提供一种油气管道疲劳寿命预测系统，具体技术方案如下：

20、确定模块用于：确定待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷；

21、构架模块用于：根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型；

22、试验模块用于：根据预设需求确定所述三维实体有限元模型对应的边界条件，并基于所述最大振动载荷以及所述最小振动载荷在所述三维实体有限元模型的测点位置进行应力分布预测，得到第一弹性应力分布场以及第二弹性应力分布场；

23、预测模块用于：根据所述第一弹性应力分布场以及所述第二弹性应力分布场确定所述待预测管道的当量疲劳幅值，根据所述当量疲劳幅值确定所述待预测管道的疲劳寿命。

24、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

25、进一步，所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷的确定过程为：

26、确定所述待预测管道的非应力集中区域，在每个非应力集中区域布设应变片，通过应变片采集振动测试中的振动信号，基于所有振动信号确定所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷。

27、进一步，根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型的过程为：

28、根据所述待预测管道的实际尺寸，构建初三维实体有限元模型；

29、通过网格划分法，对所属初三维实体有限元模型中非连续区域进行补充，得到三维实体有限元模型。

30、进一步，通过第一公式计算当量疲劳幅值，所述第一公式为：

31、δσij＝mσij-nσij；

32、

33、其中，δsp为当量疲劳幅值，δσij表示第一弹性应力场某方向应力与第二弹性应力场在该方向的应力差值，i，j的取值分别为1，2，3，而1，2，3分别代表应力场中的x，y，z方向，mσij表示第一弹性应力场在某方向的应力，nσij表示第二弹性应力场在某方向的应力，δσ11表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在x方向的应力差值，δσ22表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在y方向的应力差值，δσ33表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在z方向的应力差值，δσ12表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在xy平面内沿z方向的剪力差值，δσ13表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在xz平面内沿y方向的剪力差值，δσ23表示第一弹性应力场与第二弹性应力场在yz平面内沿z方向的剪力差值。

34、3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如上任一项方法。

35、4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如上任一项方法。

36、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。

技术特征：

1.一种油气管道疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种油气管道疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷的确定过程为：

3.根据权利要求1所述的一种油气管道疲劳寿命预测方法，其特征在于，根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型的过程为：

4.根据权利要求1所述的一种油气管道疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过第一公式计算当量疲劳幅值，所述第一公式为：

5.一种油气管道疲劳寿命预测系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种油气管道疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷的确定过程为：

7.根据权利要求5所述的一种油气管道疲劳寿命预测系统，其特征在于，根据所述待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型的过程为：

8.根据权利要求5所述的一种油气管道疲劳寿命预测系统，其特征在于，通过第一公式计算当量疲劳幅值，所述第一公式为：

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种油气管道疲劳寿命预测方法、系统、设备及介质，涉及管道疲劳周期预测技术领域，方法包括：确定待预测管道的最大振动载荷以及最小振动载荷；根据待预测管道的实际尺寸，构建三维实体有限元模型；根据预设需求确定三维实体有限元模型对应的边界条件，并基于最大振动载荷以及所述最小振动载荷在三维实体有限元模型的测点位置进行应力分布预测，得到第一弹性应力分布场以及第二弹性应力分布场；根据第一弹性应力分布场以及第二弹性应力分布场确定所述待预测管道的当量疲劳幅值，根据所述当量疲劳幅值确定所述待预测管道的疲劳寿命。本发明通过振动载荷来对油气管道疲劳寿命进行预测，更具有准确性以及实用性。

技术研发人员：尚臣,谢萍,黎键,刘紫铖,杨玉龙,贾海东,曹仲武
受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23