Date of Award

11-2010

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Dr. Abdel-Hamid I. Mourad

Abstract

The fracture toughness of pipeline steel grade X65 was investigated utilizing linear elastic fracture mechanics analysis, KIC testing according to non-standards techniques, as well as the elastic-plastic fracture mechanics analysis (J-Integral and crack opening displacement COD methods). The fracture toughness tests were conducted at full scale pipe used for gas and oil industry, circumferential surface crack were introduced to nine pipe specimens with different depths, crack/notch depths were selected to cover wide range of remaining material of the original pipe thickness, the original pipe thickness remain unchanged, a special fixture was manufactured to perform the experimental works, plane strain condition was confirmed by using plug insert inside the pipe specimen under the introduced circumferential surface crack.

While for elastic-plastic fracture analysis a circumferential through-wall-cracked (TWC) pipes subjected to pure bending experiments were conducted on four pipe specimens, pipe thickness was reduced to 5 mm to meet the capacity of MTS machine used to perform the experimental works, in this analysis different parameters were measured.

Tensile properties of the X65 steel as well as the chemical composition were measured and compared with that provided at inspection certificate and API standards, the results from experimental work were very close.

Beside experimental work finite element method were used for analysis. Finite element modelling was used for comparison with experimental results. ABAQUS is used for FEM calculations for stresses distribution along the crack area, the simulation results were observed to have a good agreement with the experimental results.

Arabic Abstract

في هذا البحث تم تحري الانهيار بالكسر للأنابيب المستخدمة في صناعة الغاز والنفط والمصنوعة من الصلب بالاستفادة من نظرية الكسر الخطي المرن والتحليلات الخاصة به، وفي السياق نفسه تم فحص قساوة الكسر باستخدام أسلوب جديد يختلف عن الطريقة المتبعة في المواصفات القياسية حيث تتميز الجديدة باستخدام عينات كاملة من الأنابيب دون إجراء أي تعديلات على أبعادها على عكس الطرق القياسية والتي تستخدم عينات بمواصفات خاصة من حيث الأبعاد والشروط الواجبة.

واستكمالاً لنفس البحث تم دراسة سلوك النمو المستقر للصدع باستخدام نظرية الكسر المرن واللدن الخطيين.

فمن أجل قياس قساوة الكسر للأنابيب المستخدمة في صناعة الغاز والنفط تم تحضير عدد كافٍ من العينات التي تتمثل في وصلات كاملة من الأنابيب بدون إجراء تعديلات على السماكة والأقطار الداخلية والخارجية، بعد ذلك تم تجهيز العينات بعمل شق على كامل محيط الأنابيب وبأعماق مختلفة. ومن أجل إيجاد طريقة مثلى لإمساك العينات بجهاز الفحص تم تصنيع شفة خاصة بتصميم وأبعاد مناسبة، ولتحقيق وتوفير شرط الإجهاد المستوى تم تثبيت سدادة مناسبة داخل كل عينة وتحت منطقة الشق مباشرة.

أما التحليلات الخاصة بالكسر المرن واللدن الخطيين فقد تم تجهيز عينات من نفس النوع من الأنابيب وتم تحضير هذه العينات بعمل قطع نافذ بعمق وزوايا معينة في الوسط وعلى المحيط الدائري بالتحديد، مع العلم أن عملية القطع تمت باستخدام تقنية السلك القاطع. بعد التحضير تم إجراء اختبارات الشد الصافي ومراقبة سلوك الكسر عند منطقة الشرح.

استكمالاً للبحث تم إجراء بعض الاختبارات لتحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للصلب المستخدم في صناعة الأنابيب.

وفي نهاية البحث تم استخدام إحدى برامج تحليل العنصر المحدود من أجل المقارنة مع النتائج العملية.

Download
COinS