任 偉，帥 健

中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249

管道環(huán)焊縫可靠性的參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布研究

任 偉，帥 健*

中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249

在管線實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，影響管線安全的不確定因素很多，如果不能很好地考慮這些不確性因素，可靠性評(píng)定結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大偏差。本文首先對(duì)L415、L485、L555管道環(huán)焊縫的環(huán)焊縫拉伸強(qiáng)度、環(huán)焊縫沖擊功和環(huán)焊縫斷裂韌性等材料性能參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用常用的正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布、Gumbel分布和Weibull二參數(shù)分布來描述這些參數(shù)的分布類型，并對(duì)相應(yīng)的分布類型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。其次，在給定的顯著水平下，分別利用K-S檢驗(yàn)和χ2檢驗(yàn)對(duì)分布進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)。最后，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，給出參數(shù)的最佳分布類型，這對(duì)提高管道環(huán)焊縫可靠性分析的準(zhǔn)確性有重要作用。

環(huán)焊縫；可靠性；參數(shù)估計(jì)；非參數(shù)檢驗(yàn)

0 引言

對(duì)于長(zhǎng)輸油氣管線，管線的建設(shè)實(shí)際上是一項(xiàng)工程浩大的焊接成型和長(zhǎng)距離焊接安裝過程。因此焊接質(zhì)量是決定管線建成后能否安全、有效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。而在焊接過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷，這些缺陷降低了管道強(qiáng)度，嚴(yán)重威脅管道的安全運(yùn)行。有必要對(duì)油氣管道的環(huán)焊縫進(jìn)行可靠性分析，使其在管道設(shè)計(jì)及在役管道安全性評(píng)估中發(fā)揮重要作用。

在傳統(tǒng)的安全性評(píng)定方法中，影響評(píng)定結(jié)果的各種因素一般都取定值，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取一個(gè)安全系數(shù)[1]。但是在實(shí)際工程應(yīng)用中，材料性能參數(shù)、缺陷幾何尺寸以及外部載荷參數(shù)等基本變量都不是確定值，這些基本變量通常情況下都不同程度地存在不確定性。通常情況下這些不確定性很小，但是在分析過程中這些不確性帶來的誤差有可能是不可接受的，有時(shí)候甚至?xí)玫矫芑蛘吆懿缓侠淼慕Y(jié)果。這些不確定性主要表現(xiàn)在隨機(jī)性、模糊性以及未知性3個(gè)方面[2]。對(duì)于管道環(huán)焊縫可靠性分析來說，影響其可靠性的基本變量本身的隨機(jī)性、數(shù)據(jù)有限以及數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差等是造成不確定性的主要原因。由于制造年代、制造工藝以及技術(shù)程度的差異，管道的直徑和壁厚有了一定的變異性。另外，由于管道材料組分和微觀結(jié)構(gòu)不同，使得管道不可能是理想均質(zhì)的，因此材料性能參數(shù)也不可避免的帶有隨機(jī)性。受地區(qū)具體環(huán)境、焊接工藝和焊接技術(shù)的影響，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，同時(shí)，產(chǎn)生的缺陷的幾何尺寸也會(huì)有相應(yīng)的隨機(jī)性。正常工況下壓力是波動(dòng)的，也具有一定的隨機(jī)不確定性。某些基本變量是通過實(shí)地測(cè)量或者實(shí)驗(yàn)方法得到的，由于測(cè)量精度的限制、檢測(cè)技術(shù)水平以及數(shù)據(jù)處理方法的差別，造成這些變量有一定的誤差，這些也應(yīng)該考慮到變量的不確定性當(dāng)中。對(duì)于這些不確定性因素，通常采用概率統(tǒng)計(jì)的方法來描述變量隨機(jī)變化的性質(zhì)，這些變量往往服從一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，變量取不同的概率分布函數(shù)，得到的分析結(jié)果可能會(huì)有較大變化，因此，確定隨機(jī)變量的最佳分布類型是進(jìn)行管道環(huán)焊縫可靠性分析的一個(gè)關(guān)鍵問題。

本文對(duì)于有的管道環(huán)焊縫相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到L415、L485、L555這3種鋼級(jí)的管道環(huán)焊縫在不同溫度情況下的抗拉強(qiáng)度、沖擊功和斷裂韌性。研究其統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，確定了最佳分布類型。

1 基本原理

1.1 概率分布

參與環(huán)焊縫可靠性分析的變量服從一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，可靠性分析中常用的概率分布有正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布、Gumbel分布、Weibull分布[3]。

(1)正態(tài)分布

正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ表示隨機(jī)變量的均值，σ表示隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差。

正態(tài)分布的累積分布函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ表示隨機(jī)變量的均值，σ表示隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差。

(2)對(duì)數(shù)正態(tài)分布

對(duì)數(shù)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ表示對(duì)隨機(jī)變量取自然對(duì)數(shù)后的均值，σ表示對(duì)隨機(jī)變量取自然對(duì)數(shù)后的標(biāo)準(zhǔn)差。

對(duì)數(shù)正態(tài)分布的累積分布函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ表示對(duì)隨機(jī)變量取自然對(duì)數(shù)后的均值，σ表示對(duì)隨機(jī)變量取自然對(duì)數(shù)后的標(biāo)準(zhǔn)差。

(3)指數(shù)分布

指數(shù)分布的概率密度函數(shù)為：

式中，0λ＞，是指數(shù)分布的參數(shù)，x表示隨機(jī)變量。

指數(shù)分布的累積分布函數(shù)為：

式中，0λ＞，是指數(shù)分布的參數(shù)，x表示隨機(jī)變量。另外，隨機(jī)變量的均值為隨機(jī)變量的方差為

(4) Gumbel分布

Gumbel分布的概率密度函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ是隨機(jī)變量的位置參數(shù)，σ是隨機(jī)變量的尺度參數(shù)。

Gumbel分布的累積分布函數(shù)為：

式中，x表示隨機(jī)變量，μ是隨機(jī)變量的位置參數(shù)，σ是隨機(jī)變量的尺度參數(shù)。

(5) Weibull分布

Weibull分布的概率密度函數(shù)為：

式中，α＞0,β＞0，x表示隨機(jī)變量，α是隨機(jī)變量的形狀參數(shù)，β是隨機(jī)變量的尺度參數(shù)。

Weibull分布的累積分布函數(shù)為：

式中，α＞0,β＞0，x表示隨機(jī)變量，α是隨機(jī)變量的形狀參數(shù)，β是隨機(jī)變量的尺度參數(shù)。

1.2 參數(shù)估計(jì)

如果要描述一系列數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，指定其分布類型，需要確定分布類型中的具體參數(shù)值。這里用極大似然估計(jì)法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)[4]。

X的概率密度函數(shù)為：

似然函數(shù)為：

對(duì)似然函數(shù)取對(duì)數(shù)：

將對(duì)數(shù)似然函數(shù)對(duì)參數(shù)求偏導(dǎo)并令其為零：

整理可得：

最后求得所要參數(shù)：

1.3 非參數(shù)檢驗(yàn)

假設(shè)所得數(shù)據(jù)分別服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布、Gumbel分布和Weibull分布，由于總體分布形式并沒有確定，則利用非參數(shù)檢驗(yàn)的方法檢驗(yàn)總體是否服從指定的分布。常用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法有K-S檢驗(yàn)和χ2檢驗(yàn)[5]。

(1)K-S檢驗(yàn)

K-S檢驗(yàn)也叫作D檢驗(yàn)法，主要是將理論分布下的累計(jì)頻數(shù)分布與觀察到的累計(jì)頻數(shù)分布比較，找出最大的差異點(diǎn)，并參照抽樣分布，決定這一差異是否處于偶然。其檢驗(yàn)步驟如下：

①設(shè)定原假設(shè)：H0：總體X的分布函數(shù)為F(x)。

②計(jì)算理論累計(jì)頻數(shù)和觀察到的累計(jì)頻數(shù)。Fn(x)為樣本量為n的隨機(jī)樣本觀察值的累計(jì)分布函數(shù)，且Fn(x)=i/n(i是等于或小于x的所有觀察結(jié)果的數(shù)目)，F(xiàn)(x)則為理論分布的累計(jì)概率分布函數(shù)。

③計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Dn。Dn為F(x)與Fn(x)間的最大偏差，計(jì)算公式如下：

若對(duì)于每一個(gè)x，F(xiàn)(x)與Fn(x)都十分接近，則實(shí)際樣本的分布函數(shù)與理論分布函數(shù)擬合程度很高。

④查找臨界值Dn，并與計(jì)算所得Dn值比較，當(dāng)計(jì)算Dn值大于臨界Dn值時(shí)拒絕原假設(shè)H0，當(dāng)計(jì)算Dn值小于臨界Dn值時(shí)接受原假設(shè)H0。

(2)χ2檢驗(yàn)

利用χ2檢驗(yàn)對(duì)總體分布進(jìn)行檢驗(yàn)，首先應(yīng)該設(shè)定原假設(shè)：H0：總體X的分布函數(shù)為F(x)。然后根據(jù)樣本的經(jīng)驗(yàn)分布和假設(shè)的理論分布的吻合程度決定是否接受原假設(shè)。其檢驗(yàn)步驟如下：

①把總體X的取值范圍分為m個(gè)互不重疊的小區(qū)間，記作A1,A2,…,Am。

③把落入第i個(gè)小區(qū)間Ai的樣本值的個(gè)數(shù)記作fi，稱為實(shí)測(cè)頻數(shù)，所有實(shí)測(cè)頻數(shù)總和f1+f2+?+fm等于樣本容量n。

③根據(jù)假設(shè)的理論分布，算出總體X的值落入每個(gè)Ai的概率pi，則npi就是落入Ai的樣本值的理論頻數(shù)。

④計(jì)算統(tǒng)計(jì)量χ2值。用實(shí)測(cè)頻數(shù)減去理論頻數(shù)，即fi-npi表示經(jīng)驗(yàn)分布與理論分布之間差異的大小。統(tǒng)計(jì)量χ2值的計(jì)算公式如下：

若理論分布F(x)當(dāng)中有r個(gè)未知參數(shù)需要用相應(yīng)的估計(jì)量代替，則當(dāng)n→∞時(shí)，統(tǒng)計(jì)量χ2值的分布漸近(m-r-1)個(gè)自由度的χ2分布。

⑤查找臨界χ2值，并與計(jì)算所得χ2值比較，當(dāng)計(jì)算χ2值大于臨界χ2值時(shí)拒絕原假設(shè)H0，當(dāng)計(jì)算χ2值小于臨界χ2值時(shí)接受原假設(shè)H0。

2 變量擬合分布

對(duì)環(huán)焊縫的材料性能參數(shù)，包括抗拉強(qiáng)度、沖擊功和斷裂韌性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分布擬合。其中每個(gè)參數(shù)都選取L415、L485和L555這3種鋼級(jí)的管道所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.1 抗拉強(qiáng)度

采用極大似然估計(jì)法對(duì)抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到5種分布的分布參數(shù)，如表1所示。

表1 不同鋼級(jí)的抗拉強(qiáng)度(MPa)對(duì)應(yīng)不同分布的分布參數(shù)Table 1 Distribution parameters of girth weld tensile strength (MPa) in different steel grades

根據(jù)已經(jīng)得到的分布參數(shù)繪制概率密度函數(shù)，并與實(shí)際數(shù)據(jù)做比較。得到圖1-圖3。

圖1 L415抗拉強(qiáng)度各分布類型擬合曲線Fig. 1 Fitting curve of girth weld tensile strength in grade L415

圖2 L485抗拉強(qiáng)度各分布類型擬合曲線Fig. 2 Fitting curve of girth weld tensile strength in grade L485

圖3 L555抗拉強(qiáng)度各分布類型擬合曲線Fig. 3 Fitting curve of girth weld tensile strength in grade L555

分析圖1-圖3，L415管道的抗拉強(qiáng)度實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，Gumbel分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L485管道的抗拉強(qiáng)度實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L555管道的抗拉強(qiáng)度實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，Gumbel分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.2 沖擊功

采用極大似然估計(jì)法對(duì)抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到5種分布的分布參數(shù)，其中沖擊試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)溫度與試件尺寸會(huì)有所不同，如表2。

根據(jù)已經(jīng)得到的分布參數(shù)繪制概率密度函數(shù)，并與實(shí)際數(shù)據(jù)做比較。得到圖4-圖7。

表2 不同鋼級(jí)的沖擊功(J)對(duì)應(yīng)不同分布的分布參數(shù)Table 2 Distribution parameters of girth weld impact energy(J) in different steel grades

圖4 L415(5-10-55,-20 ℃)沖擊功各分布類型擬合曲線Fig. 4 Fitting curve of girth weld impact energy in grade L415(5-10-55,-20 ℃)

圖5 L485(7.5-10-55,-20 ℃)沖擊功各分布類型擬合曲線Fig. 5 Fitting curve of girth weld impact energy in grade L485(7.5-10-55,-20 ℃)

圖6 L485(10-10-55,-20 ℃)沖擊功各分布類型擬合曲線Fig. 6 Fitting curve of girth weld impact energy in grade L485(10-10-55,-20 ℃)

圖7 L555(10-10-55,-10 ℃)沖擊功各分布類型擬合曲線Fig. 7 Fitting curve of girth weld impact energy in grade L555(10-10-55,-20 ℃)

分析圖4-圖7，L415管道的沖擊功實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，正態(tài)分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L485管道的沖擊功實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，正態(tài)分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L555管道的沖擊功實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，正態(tài)分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.3 斷裂韌性

環(huán)焊縫斷裂韌性數(shù)據(jù)在不同鋼級(jí)下，測(cè)試溫度與焊接工藝都有所不同。L415管線環(huán)焊縫是以藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊接的，并在0 ℃下測(cè)得其斷裂韌性，L485管線環(huán)焊縫是以自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊接的，并在-20 ℃下測(cè)得其斷裂韌性，L555管線環(huán)焊縫是以脈沖氣保護(hù)自動(dòng)焊焊接的，并在-20 ℃下測(cè)得其斷裂韌性。采用極大似然估計(jì)法對(duì)斷裂韌性數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到5種分布的分布參數(shù)，如表3。

表3 不同鋼級(jí)的斷裂韌性(mm)對(duì)應(yīng)不同分布的分布參數(shù)Table 3 Distribution parameters of girth weld fracture toughness(mm) in different steel grades

根據(jù)已經(jīng)得到的分布參數(shù)繪制概率密度函數(shù)，并與實(shí)際數(shù)據(jù)做比較。得到圖8-圖10。

圖8 L415斷裂韌性各分布類型擬合曲線Fig. 8 Fitting curve of girth weld fracture toughness in grade L415

圖9 L485斷裂韌性各分布類型擬合曲線Fig. 9 Fitting curve of girth weld fracture toughness in grade L485

圖10 L555斷裂韌性各分布類型擬合曲線Fig. 10 Fitting curve of girth weld fracture toughness in grade L555

分析圖8-圖10，L415管道的斷裂韌性實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L485管道的斷裂韌性實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，對(duì)數(shù)正態(tài)分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)，L555管道的斷裂韌性實(shí)際數(shù)據(jù)與擬合曲線比較，Weibull分布更符合實(shí)際數(shù)據(jù)。

3 變量擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

根據(jù)擬合分布結(jié)果，確定了材料性能參數(shù)對(duì)應(yīng)各個(gè)分布的分布參數(shù)值，利用K-S檢驗(yàn)和χ2檢驗(yàn)來檢驗(yàn)總體是否服從指定的分布。

3.1 K-S檢驗(yàn)

對(duì)L415、L485和L555這3種鋼級(jí)管道抗拉強(qiáng)度、沖擊功和斷裂韌性3種材料性能參數(shù)的擬合分布結(jié)果進(jìn)行K-S檢驗(yàn)，得到總體服從的分布類型。設(shè)定原假設(shè)H0：總體服從分布函數(shù)。給定顯著性水平α=0.05，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Dn與顯著性水平α=0.05下的臨界,0.05nD，比較nD與,0.05nD大小，若nD大于,0.05nD時(shí)拒絕原假設(shè)H0，若nD小于,0.05nD時(shí)接受原假設(shè)H0，總體服從對(duì)應(yīng)的分布類型?？偨Y(jié)結(jié)果如表4-表6。

表4 不同鋼級(jí)的抗拉強(qiáng)度對(duì)應(yīng)不同分布的K-S檢驗(yàn)Table 4 K-S test of girth weld tensile strength in different steel grades

表5 不同鋼級(jí)的沖擊功對(duì)應(yīng)不同分布的K-S檢驗(yàn)Table 5 K-S test of girth weld impact energy in different steel grades

表6 不同鋼級(jí)的斷裂韌性對(duì)應(yīng)不同分布的K-S檢驗(yàn)Table 6 K-S test of girth weld fracture toughness in different steel grades

從表4可以看出，對(duì)于L415管道抗拉強(qiáng)度服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，對(duì)于L485管道抗拉強(qiáng)度服從正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布，對(duì)于L555管道抗拉強(qiáng)度服從Gumbel分布和Weibull分布。

從表5可以看出，對(duì)于L415管道沖擊功服從正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，對(duì)于L485管道厚度較小條件下的沖擊功服從正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，對(duì)于L485管道厚度較大條件下的沖擊功服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和Weibull分布，對(duì)于L555管道沖擊功服從正態(tài)分布和Weibull分布。

從表6可以看出，對(duì)于L415管道斷裂韌性服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，對(duì)于L485管道斷裂韌性服從正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布，對(duì)于L555管道斷裂韌性服從Gumbel分布和Weibull分布。

3.2 χ2檢驗(yàn)

對(duì)L415、L485和L555這3種鋼級(jí)管道抗拉強(qiáng)度、沖擊功和斷裂韌性三種材料性能參數(shù)的擬合分布結(jié)果進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，得到總體服從的分布類型。設(shè)定原假設(shè)

H0：總體服從分布函數(shù)。給定顯著性水平α=0.05，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量χ2值與顯著性水平α=0.05下的臨界值χ20.95，比較χ2與χ20.95大小，若χ2大于χ20.95時(shí)拒絕原假設(shè)H0，若χ2小于χ20.95時(shí)接受原假設(shè)H0，總體服從對(duì)應(yīng)的分布類型?？偨Y(jié)結(jié)果如表7-表9。

從表7可以看出，對(duì)于L415管道抗拉強(qiáng)度沒有合適的分布類型，對(duì)于L485管道抗拉強(qiáng)度服從正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布，對(duì)于L555管道抗拉強(qiáng)度沒有合適的分布類型。

表7 不同鋼級(jí)的抗拉強(qiáng)度對(duì)應(yīng)不同分布的χ2檢驗(yàn)Table 7 χ2test of girth weld tensile strength in different steel grades

從表8可以看出，對(duì)于L415管道沖擊功服從Gumbel分布，對(duì)于L485管道厚度較小條件下的沖擊功沒有合適的分布類型，對(duì)于L485管道厚度較大條件下的沖擊功沒有合適的分布類型，對(duì)于L555管道沖擊功沒有合適的分布類型。

表8 不同鋼級(jí)的沖擊功對(duì)應(yīng)不同分布的χ2檢驗(yàn)Table 8 χ2test of girth weld impact energy in different steel grades

從表9可以看出，對(duì)于L415管道斷裂韌性服從正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，對(duì)于L485管道斷裂韌性服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和Weibull分布，對(duì)于L555管道斷裂韌性服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布。

表9 不同鋼級(jí)的斷裂韌性對(duì)應(yīng)不同分布的χ2檢驗(yàn)Table 9 χ2test of girth weld fracture toughness in different steel grades

綜合考慮擬合分布曲線比較與擬合優(yōu)度檢驗(yàn)結(jié)果，可以得到材料性能參數(shù)對(duì)應(yīng)不同鋼級(jí)的最佳分布類型。對(duì)于抗拉強(qiáng)度，L415管道抗拉強(qiáng)度服從Gumbel分布和Weibull分布，L485管道抗拉強(qiáng)度服從正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布，L555管道抗拉強(qiáng)度服從Gumbel分布和Weibull分布；對(duì)于沖擊功，L415管道沖擊功服從正態(tài)分布和Weibull分布，L485管道沖擊功服從正態(tài)分布和Weibull分布，L555管道沖擊功服從正態(tài)分布和Weibull分布；對(duì)于斷裂韌性，L415管道斷裂韌性服從正態(tài)分布、Gumbel分布和Weibull分布，L485管道斷裂韌性服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，L555管道斷裂韌性服從Gumbel分布和Weibull分布。

4 結(jié)論

(1)通過擬合分布曲線比較與擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，推薦抗拉強(qiáng)度服從Gumbel分布和Weibull分布，沖擊功服從正態(tài)分布和Weibull分布，斷裂韌性服從Gumbel分布和Weibull分布。

(2)將推薦的材料性能參數(shù)的最佳分布類型應(yīng)用于管道環(huán)焊縫可靠性分析中，可以適當(dāng)提高分析結(jié)果準(zhǔn)確性。

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Research into the statistical distribution of reliability parameters for girth welds on pipelines

REN Wei, SHUAI Jian
China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102200, China

During the actual operation of the pipelines, there are many uncertain factors affecting pipeline safety. If these uncertain factors are not well considered, the results of reliability analysis will have greater deviations. In this paper, we made a statistical analysis of material properties of L415, L485 and L555 pipeline girth welds, including girth weld tensile strength, girth weld impact energy and girth weld fracture toughness. Normal distribution, logarithmic normal distribution, exponential distribution, Gumbel distribution and two-parameter Weibull distribution were used to describe the distribution of these parameters and to estimate parameter distributions. Then K-S and χ2tests were used for a non-parametric test under the given signifcant level. Finally, according to test results, the best distributions of parameters were proposed, which is important to improve the accuracy of reliability analysis for girth welds on pipelines.

girth weld; reliability; parameter estimation; non-parametric test

2016-11-15

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAK16B02)資助

10.3969/j.issn.2096-1693.2016.03.045

(編輯 付娟娟)

任偉, 帥健. 管道環(huán)焊縫可靠性的參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布研究. 石油科學(xué)通報(bào), 2016, 03: 484-492

REN Wei, SHUAI Jian. Research into the statistical distribution of reliability parameters for girth welds on pipelines. Petroleum Science Bulletin, 2016, 03: 484-492. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2016.03.045

*通信作者, sjclass@126.com