مقایسه ضرایب اصلاح تجربی و عددی حاصل از انرژی شکست درزجوش خطوط انتقال گاز با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولیعصر رفسنجان

چکیده

اتصالات جوش در سازه‌­های بزرگ علاوه بر آزمایش­‌های غیرمخرب، باید توسط آزمایش‌­های مخرب مکانیکی (مانند آزمایش کشش و ضربه) نیز تایید شوند. آزمایش ضربه سقوطی روشی مطمئن جهت ارزیابی توانایی توقف ترک در شکست نرم است. تحقیقات گذشته با تمرکز بر اندازه‌­گیری انرژی شکست در آزمون ضربه سقوطی به روش المان محدود و مقایسه با مقدار تجربی فولاد پایه انجام گرفته است. اما در تحقیق حاضر از درزجوش مارپیچ فولاد API X65 که در بدنه لوله واقعی خطوط انتقال گاز قرار داشت، استفاده شده است. نمونه­‌ها با دستگاه ضربه سقوطی مجهز شده آزمایش شدند و نمودار نیرو-تغییر مکان حاصل از دو روش عددی و تجربی بر اساس ضریب اصلاح، ارزیابی و مقایسه شده­‌اند. با در اختیار داشتن ضریب اصلاح (که در آن از مشخصه‌­های مهم منحنی نیرو-تغییر مکان مانند انرژی کل جذب شده، انرژی رشد ترک و همچنین انرژی شروع ترک استفاده می­‌شود)، می­‌توان به نمودار نیرو-تغییر مکان استخراج شده از شبیه‌­سازی که برای بدست آوردن مقادیر واقعی آن باید متحمل وقت و هزینه نسبتا زیادی شد، با دقت قابل قبولی اعتماد کرد. برای فولاد مورد استفاده در تحقیق حاضر ضریب اصلاح برای فولاد پایه و درزجوش مارپیچ، 8/1 بدست آمده است. استفاده از این مقدار برای فولادهای با گرید مشابه نیز قابل قبول خواهد بود. ضریب اصلاح برای درزجوش با استفاده از شبیه­‌سازی که با روش اصلاح شده گرسون انجام شد، 7/1 بدست آمده است که اختلاف آن با مقدار تجربی ناچیز است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of experimental and numerical correction factors from seam weld fracture energy by drop weight tear testing of gas transportation pipelines

نویسندگان [English]

  • Ali Akbar Majidi-Jirandehi 1
  • Seyyed Hojjat Hashemi 2
  • Sajjad Seifoori 3
1 Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Vali–e–Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran
چکیده [English]

In addition to non-destructive testing, the weld joints in large structures must also be confirmed by mechanical destructive testing (such as tensile and impact tests). Drop weight tear test (DWTT) is a reliable test to evaluate ductile fracture and crack arrestability of pipelines. Previous research has focused on measuring and comparing the base metal fracture energy from DWTT using finite element and experimental methods. However, in the present research, the spirally welded seam of API X65 steel specimens were machined from an actual pipe and tested using DWTT. The load-displacement curves obtained from both numerical and experimental methods have been evaluated and compared regarding correction factors. Using the obtained correction factors (from important characteristics of the load-displacement curve such as total absorbed energy, crack initiation and propagation energy are used), the load-displacement curve of simulation can be relied upon with acceptable accuracy. Real curves can be obtained with a relatively large amount of time and money. For the steel used in the present study, the correction factor for base and weld metal is 1.8. The use of this value will also be acceptable for steels of the same grade. The weld metal correction factor using the simulation (based on Gurson-Tvergaard-needleman method) was 1.7, which was slightly different from the experimental value.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drop weight tear test
  • Spiral seam weld
  • API X65 steel
  • Correction factor
  • Pipeline failure model

مراجع

[1] T. Hara, T. Fujishiro, Effect of separation on ductile crack propagation behavior during drop weight tear test. In International Pipeline Conference, Vol. 44212, pp. 321-327, 2010.
[2] ZJ. Ren, C. Ru, Numerical investigation of speed dependent dynamic fracture toughness of line pipe steels. Engineering Fracture Mechanics. Vol. 1. No. 99, pp. 214-22, 2013.
[3] L. Pussegoda, A. Fredj, A. Fonzo, G. Demofonti, G. Mannucci, B. Rothwell. Ductile Fracture Resistance Measurements in High Grade Steels. In International Pipeline Conference Vol. 42630, pp. 201-208, 2006.
[4] M. Di Biagio, G. Demofonti, G. Mannucci, F. Iob, C. Spinelli, T. Schmidt. Development of a reliable model for evaluating the ductile fracture propagation resistance for high grade steel pipelines. In International Pipeline Conference, Vol. 45141, pp. 553-563, American Society of Mechanical Engineers, 2012.
[5] I. Scheider, A. Nonn, A. Völling, A. Mondry, C. Kalwa, A damage mechanics based evaluation of dynamic fracture resistance in gas pipelines. Procedia Materials Science. Vol. 1, No. 3, pp. 1956-1964, 2014.
[6] H. Wang, G. Wang, F. Xuan, S. Tu, Numerical investigation of ductile crack growth behavior in a dissimilar metal welded joint, Nuclear Engineering and Design, Vol.  241, No. 8, pp. 3234-43, 2001.
[7] V. Tvergaard, A. Needleman, Analysis of the Charpy V-notch test for welds. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 65, No. 6, pp. 627-43, 2000.
[8] A. Nonn, C. Kalwa, Simulation of ductile crack propagation in high-strength pipeline steel using damage models. In International Pipeline Conference, Vol. 45141, pp. 597-603), American Society of Mechanical Engineers, 2012.
[9] G. Simha, S. Xu, W. Tyson. Non-local phenomenological damage-mechanics-based modeling of the Drop-Weight Tear Test, Engineering Fracture Mechanics, Vol.  1, No. 118. Pp. 66-82, 2014.
[10] C. Simha, S.  Xu, W. Tyson, Computational modeling of the drop-weight tear test: A comparison of two failure modeling approaches, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 148, pp. 304-23, 2015.
[11] E. Fathi, SH. Hashemi, Experimental, numerical and analytical study of energy absorption in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel, Journal of Solid and Fluid Mechanics, Vol. 10, No. 2, pp. 95‐110, 2020 (in Persian).
[12] America Petroleum Institute [Report]. Recommended practice conducting drop‐weight tear test on line pipe. 3th Edition. Washington: American Petroleum Institute (API); 1996.
[13] W. Maxey, 5th Symposium on Line Pipe Research, AGA Catalog, 1974.
[14] J. Wolodko, M. Stephens, Applicability of existing models for predicting ductile fracture arrest in high pressure pipelines, In International Pipeline Conference Vol. 42630, pp. 115-123, 2006.
[15] SH. Hashemi, Correction factors for safe performance of API X65 pipeline steel, International journal of pressure vessels and piping, Vol. 86, No. 8, pp. 533-40, 2009.
[16] T. Kobayashi, I. Yamamoto, M. Niinomi, Introduction of a new dynamic fracture toughness evaluation system. Journal of testing and evaluation, Vol. 21, No. 3, pp. 145-53, 1993.
[17] B. Tanguy, J. Besson, Piques R, Pineau A. Ductile to brittle transition of an A508 steel characterized by Charpy impact test: Part I: Experimental results. Engineering fracture mechanics, Vol. 72, No. 1, pp. 49-72, 2005.
[18] G. Demofonti, G. Mannucci, H. Hillenbrand, D. Harris, Evaluation of the suitability of X100 steel pipes for high pressure gas transportation pipelines by full scale tests, In International Pipeline Conference, Vol. 41766, pp. 1685-1692, 2004.
[19] SH. Hashemi, Apportion of Charpy energy in API 5L grade X70 pipeline steel, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 85, No. 12, pp. 879-84, 2008.
[20] AA. Majidi-Jirandehi., SH. Hashemi, Weld metal fracture characterization of API X65 steel using drop weight tear test, Materials Research Express, Vol. 6, No. 1, pp.016552, 2018.
[21] America Petroleum Institute [Report]. Specification for Line Pipe. 45th Edition. Washington: American Petroleum Institute (API); 2012.
[22] AA. Majidi Jirandehi, SH. Hashemi, Investigation of macroscopic fracture surface characteristics of spiral welded API X65 gas transportation pipeline steel. Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 11, pp. 219‐228, 2017(in Persian).
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 9، شماره 3
خرداد 1401
صفحه 29-37

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار