结合高分辨率直线几何工具和有限元分析，提高凹痕评估

注意:本文最初发表于2014年2月12日至13日在德克萨斯州休斯顿举行的第26届管道清管与完整性管理会议。

简介

从历史上看，关于凹痕严重程度的规定由两个指标之一控制:凹痕深度或应变。对于前者，允许在气体和液体管道中设置深度不超过公称直径6%的平面凹痕[1,2]。然而，许多作业者通常会对凹陷深度设置更严格的限制，目标是深度超过2%的凹陷深度进行评估。凹痕深度为评估凹痕提供了一种直接的方法，因为该概念依赖于一个普遍接受的原则，即在所有条件相同的情况下，较深的凹痕应该比较浅的凹痕更严重。

基于应变的计算提供了另一种评估凹痕的方法，并且随着几何工具的改进和运行计算所需的数据变得更加普遍。对于气体管道，只要应变不超过6%[1]，任何深度的平凹都被认为是可接受的。基于应变的方法根据每个平面的曲率半径计算凹痕的箍面和轴面应变，并根据凹痕的长度计算拉伸应变。在b318[1]的附录R中概述了方法。虽然该方法是基于第一性原理，并且该方法考虑了凹痕的形状，但应用并不那么简单。曲率半径的估计对ILI数据中的波动很敏感;通常需要某种形式的平滑或过滤才能成功使用。此外，在许多情况下，任何平面上的曲率半径可能会根据是计算局部点对点曲率还是考虑全局形状而发生很大变化。

基于应变和凹痕深度的方法都有相似的缺点。首先，这两种方法都不适用于复杂凹痕或可能存在交互凹痕的情况。在深度的情况下，凹痕的形状完全被忽略了。长而深的凹痕与短而陡的凹痕没有区别。虽然基于应变的方法改进了这一缺点，并可用于良好的凹痕，但在复杂凹痕中可能存在不同曲率的情况下，应用该方法将变得更加困难。此外，这两种方法都没有直接解决疲劳问题，这是压力循环凹痕的一个重要问题。

有限元分析为分析凹痕提供了一种更为有效的方法。结合当今先进的几何在线检测(ILI)工具和先进的计算技术，FEA可以很容易地用于评估凹痕。有限元分析没有上述方法的缺点。复杂凹痕和表现良好的凹痕都适用于有限元分析，结果对数据中的小波动不敏感。其严重程度是直接根据凹痕对施加载荷的响应来计算的，与形状或大小无关。

本文描述了允许进行最先进的凹痕评估的工具，并提供了根据深度、应变和应力集中因子(即FEA)分析的异常的比较。最后，通过实例验证了该方法的有效性。