(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111338048.X (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 姜逢源　赵恩金　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 代理人 吴晓茜 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的 估计方法和设备 (57)摘要 本发明提供了一种复杂缺陷海底管道的爆 破失效概率的估计方法， 估计方法包括： 根据海 底管道的材料信息、 几何信息、 腐蚀缺陷的尺寸 信息、 腐蚀缺陷的具体形式和腐蚀缺陷的间距信 息， 结合布尔运算生成具有指定腐蚀缺陷形式的 管道实体模 型； 利用管道实体模 型构建海底管道 的有限元数值模 型并求解， 同时提取极限爆破压 力， 将有限元数值模型的构建、 求解及极限爆破 压力的提取过程代码化后进行封装， 得到有限元 数值分析脚本； 利用有限元数值 分析脚本进行失 效模拟， 确定海底管道的腐蚀缺陷的爆破失效概 率值。 本方法计算的爆破失效概率更加精准， 使 得管道的安全设计更加精确， 规避了潜在的安全 风险。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 114065579 A 2022.02.18 CN 114065579 A 1.一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在于， 所述估计方法包 括： 根据海底管道的材料信 息、 几何信 息、 腐蚀缺陷的尺寸信 息、 腐蚀缺陷的具体形式和腐 蚀缺陷的间距信息， 结合布尔运 算生成具有指定腐蚀缺陷形式的管道实体模型； 利用所述管道实体模型构建海底管道的有限元数值模型并求解， 同时提取极限爆破压 力， 将所述有限元数值模型的构建、 求解及极限爆破压力的提取过程代码化后进 行封装， 得 到有限元 数值分析脚本； 利用所述有限元数值分析脚本进行失效模拟， 确定所述海底管道的腐蚀缺陷的爆破失 效概率值。 2.如权利要求1所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 根据海底管道的材料信息、 几何信息、 腐蚀缺陷的尺寸信息、 腐蚀缺陷的具体形式和腐 蚀缺陷的间距信息， 结合布尔运 算生成具有指定腐蚀缺陷形式的管道实体模型包括 步骤： 根据海底管道的几何信息建立无缺陷管道模型； 根据所述海底管道的腐蚀缺陷的尺寸信息建立对应的腐蚀缺陷实体模型； 根据所述腐蚀缺陷的具体形式及间距信 息， 将所述无缺陷管道模型在装配空间映射成 第一实体， 将所述腐蚀缺陷实体模型映射 为第二实体； 调整所述第 二实体相对于所述第 一实体的位置， 并通过布尔 运算生成具有指定腐蚀缺 陷形式的所述管道实体模型。 3.如权利要求1所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 利用所述管道实体模型构建海底管道的有限元数值模型并求解， 同时提取极限爆破压 力， 将所述有限元数值模型的构建、 求解及极限爆破压力的提取过程代码化后进 行封装， 得 到有限元 数值分析脚本包括 步骤： 对所述具有指定腐蚀缺陷形式的管道实体模型进行区域划分及网格离 散； 将海底管道的材 料信息赋予划分区域后的所述管道实体模型； 定义分析步， 以及划分区域后的所述管道实体模型的边界条件和荷载， 采用弧长法求 解器求解管道实体模型， 并计算极限爆破压力； 将模型构建、 求解及计算极限爆破压力的过程代码化后封装， 得到有限元数值分析脚 本。 4.如权利要求2所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 调整所述第二实体相对于所述第一实体的位置， 并通过布尔运算生成具有指定腐蚀缺 陷形式的管道实体模型还 包括步骤： 若腐蚀缺陷为轴向分布缺陷， 则在装配空间映射2个腐蚀缺陷实体模型， 通过平移操 作， 使得2个缺陷实体的间距为第一预设距离， 且所述2个腐蚀缺陷实体模型沿着所述第一 实体的中心纵截面对称； 将平移后的所述2个腐蚀缺陷实体模型进行布尔运算， 生成具有指定腐蚀缺陷形式的 管道实体模型及相应的部件。 5.如权利要求2所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 调整所述第二实体相对于所述第一实体的位置， 并通过布尔运算生成具有指定腐蚀缺 陷形式的管道实体模型还 包括步骤：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065579 A 2若腐蚀缺陷为环向分布缺陷， 则在装配空间映射2个腐蚀缺陷实体模型， 通过旋转操 作， 使得所述2个腐蚀缺陷实体模型 的间距为第二预设距离， 且所述2个腐蚀缺陷实体模型 沿着所述第一实体的中心横截面对称； 将旋转后的所述2个腐蚀缺陷实体模型进行布尔运算， 生成具有指定腐蚀缺陷形式的 管道实体模型。 6.如权利要求2所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 调整所述第二实体相对于所述第一实体的位置， 并通过布尔运算生成具有指定腐蚀缺 陷形式的管道实体模型还 包括步骤： 若腐蚀缺陷为复合分布缺陷， 则在装配空间 映射4个腐蚀缺陷实体模型， 通过平移及旋 转操作， 使得其中2个对称的腐蚀缺陷实体模型的间距 为1倍的第一预设距离， 使得另外2个 对称的腐蚀缺陷实体模型的间距为2 倍的第二预设距离和1倍的腐蚀缺陷宽度之和， 且所述 4个腐蚀缺陷实体模型沿着所述第一实体的中心纵横截面对称； 将平移及旋转后的所述4个腐蚀缺陷实体模型进行布尔运算， 生成具有指定腐蚀缺陷 形式的管道实体模型。 7.如权利要求1所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 利用所述有限元数值分析脚本进行失效模拟， 确定海底管道的腐蚀缺陷的失效概率值 包括步骤： 输入随机变量， 选取初始的中心试验点； 基于所述中心试验点， 在结构的失效域附近采用中心复合法构建试验工况： 以所述中心试验点为原点建立随机变量空间， 再针对任一随机变量， 分别取对应的所 述随机变量空间的正负坐标轴上的各一 点以及所述中心试验点作为试验点； 利用所述有限元 数值分析脚本计算各 试验点对应的响应值； 基于所述试验点及所述响应值， 采用最小二乘法拟合结构极限状态曲面； 基于拟合的所述结构极限状态曲面， 令初始设计验算点等于各随机变量的均值， 采用 一次二阶矩法不断迭代， 直至所述结构极限状态曲面满足收敛条件， 获得结构的设计验算 点以及对应的可靠度指标。 8.如权利要求7所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 所述随机变量包括分布类型、 均值和变异系数。 9.如权利要求7所述的一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计方法， 其特征在 于， 所述收敛 条件为： 前后两次迭代求得的所述设计验算 点和所述中心试验点间的欧式距离小于设定阈值。 10.一种复杂缺陷海底管道的爆破失效概率的估计设备， 其特征在于， 所述估计设备用 于实现如权利要求1 ‑9任一所述的估计方法， 所述估计设备包括： 数据采集模块， 用于采集海底管道 的材料信息、 几何信息、 腐蚀缺陷的尺寸信息、 腐蚀 缺陷的具体形式和腐蚀缺陷的间距信息； 建模模块， 用于根据海底管道的材料信 息、 几何信息、 尺寸信 息、 腐蚀缺陷的尺寸信息、 腐蚀缺陷的具体形式和 腐蚀缺陷的间距信息， 结合布尔运算生成具有指定腐蚀缺陷形式的 管道实体模型； 利用所述管道实体模型计算海底管道的极限爆破压力， 提取计算所述极限 爆破压力的脚本， 将所述脚本代码化后封装， 得到有限元 数值模型；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065579 A 3