Оценка по механике разрушения ориентированных трещин и взаимодействия множественных трещин в слоях бронепроволоки гибких труб

В работе представлен всесторонний трёхмерный конечно-элементный анализ на основе механики разрушения (FM-based FEA) для проволок бронепроволоки (pressure armour) в гибких трубах с акцентом на влияние ориентации трещин и взаимодействие множественных дефектов при внутреннем давлении. Исследуя различные углы наклона трещин и конфигурации нескольких дефектов — соосные (coplanar) и параллельные — работа даёт ключевые сведения о движущих силах трещины (CDF) и их влиянии на структурную целостность, запасы прочности и процедуры оценки. Анализы наклонных трещин показывают, что трещины, ориентированные перпендикулярно направлению максимального главного напряжения, дают наибольшие значения интеграла J, что согласуется с теоретическими предсказаниями и наблюдаемыми режимами отказа, такими как коррозионно-механическое разрушение в среде CO2 (SCC-CO2), усталость в эксплуатационных условиях и разрушение при испытании давлением. Это подчёркивает важность явного моделирования углов трещин вместо допущения перпендикулярности, особенно в сложных спиральных геометриях. Ключевой вывод касается поведения соосных трещин: результаты показывают, что даже если отдельные дефекты разнесены дальше порога взаимодействия, определённого в BS 7910, появление второго дефекта последовательно увеличивает значения интеграла J, указывая на взаимодействие полей напряжений. Парадоксально, что BS 7910 может давать как излишне консервативные, так и недостаточно консервативные результаты: избыточную консервативность при использовании подхода эквивалентного дефекта (предсказывающего существенно большие CDF) и недостаточную консервативность при игнорировании взаимодействия дефектов, которые технически находятся за пределами критериев объединения стандарта. Эта двойственность подчёркивает необходимость осторожного и контекстно-зависимого применения правил комбинирования дефектов, особенно в нелинейных геометриях, таких как спирально намотанные слои бронепроволоки. Взаимодействие параллельных дефектов, напротив, выявило эффект экранирования, уменьшающий суммарные CDF. Эти выводы, наряду с изучением развития трещин в смежных несущих проволоках, подчёркивают важность моделирования взаимодействия множества проволок для точного учёта перераспределения энергии — аспекта, плохо представленного в упрощённых моделях или стандартизированных оценках. В целом работа подчёркивает ограничения закрытых аналитических решений и необходимость FM-based FEA для продвинутых структурных оценок. Результаты вносят значимый вклад в понимание механики разрушения в гибких трубах, особенно для слоёв бронепроволоки, и дают рекомендации для более реалистичных и надёжных оценок целостности в офшорных трубопроводных применениях.