犁式挖沟机后挖沟埋管对海底管道屈曲压溃压力影响分析

为了研究犁式挖沟机后挖沟埋管中各参数对悬跨段海底管道屈曲压溃压力的影响,采用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,以准静态的方式模拟悬跨段各参数对压溃压力的影响。分析结果显示,犁式挖沟机后挖沟埋管会导致悬跨段管道截面椭圆化。随着作业水深的不断增加,悬跨段托管架处管道局部由弹性变形进入塑性变形区,继而发生屈曲压溃现象。后挖沟深度和管道外径对临界压溃压力的影响较大,其他参数如距海床高度ΔH和等效重力g'的影响有限。建立了后挖沟埋管的海底管道屈曲压溃临界曲线,可为犁式挖沟机后挖沟埋管施工作业提供工程参考。     

小径厚比深水管道的压溃屈曲研究

深水管道所处的特殊海洋环境极易导致其发生压溃屈曲破坏.通过深入分析不同径厚比深水管道的压溃屈曲特点,并对具有不同径厚比及初始椭圆度的深水管道模型进行了压溃屈曲及后屈曲行为的计算分析.研究发现,压溃屈曲的经典理论公式并不适用于小径厚比深水管道.文章基于经典理论和数值模拟结果,得到了适用于小径厚比深水管道压溃屈曲分析的临界压力修正公式,进而对小径厚比深水管道的压溃屈曲评估提供理论支撑和工程推荐.     

深水海底管道止屈器设计研究

随着水深的增加,深水海底管道由于外压导致压溃、屈曲及屈曲传播的可能性大大增加.深水海管设计中,通常采用止屈器来控制海管由于较大的外压可能造成的压溃及屈曲传播.止屈器的主要作用是:在管道受外压的条件下,一旦发生压溃屈曲并发生屈曲传播时,将屈曲传播的破坏限制在一定管道长度范围内.该文进行了深水海底管道止屈器设计研究,并基于有限元模型进行了管道的屈曲和屈曲传播分析.     

组合应力作用下含腐蚀缺陷海管安全工作压力评价方法

在较高温度和压力作用下,由于土壤的摩擦阻力,海管会产生很大的轴向压力,以及由侧向屈曲引发的弯矩。因此对含腐蚀缺陷管道安全工作压力的评价,须考虑轴向压应力的影响。对目前工程界的评价方法进行对比分析,在内压和轴向压应力组合作用下,含腐蚀缺陷海管的安全压力评价方法还很不完善,尤其是复杂缺陷,目前的规范还不完全适用。通过对许用应力法安全系数的讨论和分析,基于Von Mises准则和有限元分析,提出了组合应力作用下含腐蚀缺陷海管的安全工作压力评价方法。通过该方法对某运行了近三十年的管道进行了安全工作压力的评估,同时考察了轴向压应力对安全工作压力的影响。此方法对应的轴向压应力限值和安全等级以及安全系数相关,当安全等级低时,其值和DNV-RP-F101规范值基本一致,当安全等级高时,其值比DNV-RP-F101规范值大。     

轴向长腐蚀管道极限承载力研究

腐蚀是引起海底管道破坏的重要原因之一,其中轴向长腐蚀是海底管道常见的腐蚀形式.文中采用非线性有限元方法,对轴向长腐蚀海底管道进行了内压荷载作用下的破坏机理的研究.并分析了腐蚀长度,腐蚀深度和腐蚀位置对海底管道失效压力的影响.根据有限元分析结果,回归得到适用于轴向腐蚀海底管道极限失效压力的计算公式,并与试验结果吻合较好,为长腐蚀海底管道的评估提供依据.     

极地低温和凹陷损伤下加筋板极限强度的参数敏感性分析

为了快速评估含船冰碰撞凹陷损伤下加筋板在轴向压缩载荷作用下的极限强度，本文采用非线性有限元法对低温凹陷损伤加筋板的极限强度进行研究。根据EH36钢在低温下的材料力学性能试验，通过折减因子评估法，基于完整加筋板在轴向压缩下极限强度的经验公式，提出以加筋板柔度和加筋板壳板柔度为变化参数，采用最小二乘法拟合折减系数，得到低温含凹陷损伤加筋板剩余极限强度的经验公式。结果表明，相比于凹陷长度和凹陷深度，凹陷宽度对加筋板极限强度的影响较大；对比分析凹陷损伤加筋板极限强度的经验公式和有限元法的计算结果，误差较小，验证了船冰碰撞凹陷损伤下加筋板的极限强度快速评估方法的准确性。     

柔性管骨架层湿式压溃非线性数值模拟（英文）

压溃作为海洋柔性管道的一种典型失效形式,对其进行研究具有重要的工程价值。文章考虑了内护套层的影响,建立了包含内护套层的海洋柔性管道骨架层湿式压溃有限元模型,采用弧长法,分别考虑了初始椭圆度、接触非线性和材料非线性的参数影响,进行了骨架层非线性压溃力学性能的数值模拟,并与不含内护套层的单纯骨架层压溃模型进行了对比。研究结果表明,随着初始椭圆度的增加,临界压溃载荷会降低,呈现负相关关系;考虑接触非线性和材料非线性因素会对临界压溃载荷产生较大影响,具体表现为随着摩擦系数和材料屈服应力的增加,临界压溃载荷也会增加,呈现正相关关系;考虑内护套影响后,临界压溃载荷略有增加,说明内护套层在承担外压载荷时也起到了一定作用,但对于计算骨架层临界压溃载荷值影响不大。     

用非线性有限元的方法研究准静态加筋方形管压溃破坏中加强筋的影响

在船舶碰撞和搁浅中,薄壁结构在轴向压力条件下的压溃破坏是一种重要的破坏模式.本文用非线性有限元方法研究了准静态条件下纵向和横向加强筋对加筋方形管压溃破坏的影响.基于实验结果和数值仿真的结果,给出了新的等效板厚和平均压溃载荷计算公式.计算结果表明新的平均压溃载荷计算公式能够更好地拟合实验结果.     

基于爆裂失效的腐蚀压力管道剩余强度研究

为真实反应海洋结构物腐蚀压力管道的结构完整性及其剩余强度,文章以爆裂失效作为腐蚀压力管道的失效准则,基于扩展有限元法,提出了腐蚀压力管道爆裂失效数值分析模型,用以评估压力管道在外表面腐蚀工况下的爆裂压力。以矩形缺陷形状表征管道的腐蚀程度,对不同的腐蚀工况进行非线性数值分析,根据分析结果可知:腐蚀区域最大等效应力随内压变化的曲线可分为线弹性阶段和塑性屈服阶段,在塑性屈服阶段的终点,当腐蚀区域中心处单元达到材料失效准则时,开始起裂并沿轴向扩展,其所对应的内部压力即为爆裂压力;腐蚀管道的爆裂压力均随缺陷区域深度、轴向长度、环向长度的增长而呈指数形式下降,将爆裂压力有限元值与ASME B31G、RSTRENG 0.85标准预测值对比可知现有标准的保守性及局限性;轴向双缺陷压力管道的爆裂压力随着轴向间距的增大而呈指数形式上升,而后爆裂压力趋近于单缺陷管道的爆裂压力值;环向间距对环向双缺陷压力管道爆裂压力在60°～90°、90°～140°、140°～180°三个阶段呈现出不同的影响程度。     

基于膨胀系数修正的腐蚀管道失效压力预测

腐蚀管道的失效压力预测主要分为两部分:完好管道的失效压力和折减系数,其中折减系数受膨胀系数的影响。论文运用有限元方法计算不同腐蚀长度、不同腐蚀深度的腐蚀管道失效压力,拟合得到不同腐蚀尺度的管道膨胀系数计算公式。结合完好管道失效压力和膨胀系数计算方法,得到一种更为准确的腐蚀管道失效压力计算方法。与现有失效压力预测方法相比,该方法预测的破坏压力与实际管道爆破试验结果吻合较好,验证了该方法的实用性。     

铺管船运动响应及对铺设管线的耦合作用

[目的]随着深海海洋资源的不断开发,铺管船在海底管道铺设任务中扮演着非常重要的角色,故有必要开展浅水铺管船提升作业能力的分析工作。[方法]以"中油海101"号铺管船作业能力提升实际工程项目为依托,运用SESAM和Orcaflex软件分析铺管船在增加作业水深时其铺设管道与船体及系泊系统的相互作用,包括管道和管道水下悬垂段对船体运动响应和锚链张力的影响、船体六自由度运动对管道张应力和弯曲应力的影响。[结果]结果表明:管道对船体运动和锚链张力的影响较大,管道水下悬垂段的长度对船体纵荡运动和锚链张力的影响较大,铺管船垂荡运动对管道受力的影响最大。[结论]研究成果可为浅水铺管船作业能力提升项目提供理论参考和评估依据。     

含有腐蚀缺陷海底管线失效压力研究

腐蚀是引起海底管线破坏的一种重要原因.采用非线性有限元方法,对含有腐蚀缺陷的海底管线进行了内压作用下的极限承载力分析.研究了腐蚀长度、深度、宽度、径厚比对海底管线的破坏机理和对失效压力的影响,提出了含有腐蚀缺陷的受内压作用的海底管线失效压力计算公式.与试验结果及各种规范和方法进行了对比,证明该方法是有效的,为腐蚀海底管线的评估提供了依据.     

海底多段悬跨管道涡激振动特性分析

深海海底多跨管道相比于单跨,其涡激振动行为却更为复杂。文章考虑了两端跨肩和中间支撑处的管—土作用边界条件,提出了多跨管道涡激振动预报模型,标定了模型参数,并重点分析了跨肩边界条件、中间支撑条件和悬跨长度对管道涡激振动特性的影响。结果表明:较大的两端边界处扭转弹簧弹性系数、较大的中间支撑处扭转和拉伸弹簧弹性系数和较短的悬跨长度,会限制管道结构高阶模态的激发,同时还发现了振动能量会在相邻管跨之间传递的现象。     

深海耐压结构健康监测实时安全评估方法和试验验证

文中提出了一种可直接用于深海耐压结构健康监测系统的结构强度安全性评估算法,该算法基于实时监测数据、结构基准状态和系统测量误差,与常规方法相比不需要建立监测对象结构模型.研究出的结构安全性实时评估方法在耐压结构模型压力筒破坏试验中进行了验证,结果表明,结构健康监测系统在耐压结构破坏前发出了报警信息,与常规基于模型的结构安全性评估方法相比,报警压力值提高了0.76 MPa,对深海耐压结构的使用具有重要的工程价值.     

基于有限元的含凹陷输气管道疲劳分析

针对ASME31.8中对管道单纯凹陷的允许存在的临界值,利用有限元法对凹陷深度为外径6%的输气管道在土体荷载、内压应力和温差热应力时的应力应变分布以及在冷态启输、热态启输和快速停输工况对管道的进行疲劳寿命模拟。同时基于模拟结果对凹陷深度为外径6%的凹陷管道进行疲劳寿命分析。结果表明:热态启输时管道凹陷部位及完好部位安全因子和寿命值最低,因此在实际生产运行中应当尽量减少热态启输工况次数。     

深海耐压结构健康监测实时安全评估方法和试验验证（英文）

文中提出了一种可直接用于深海耐压结构健康监测系统的结构强度安全性评估算法,该算法基于实时监测数据、结构基准状态和系统测量误差,与常规方法相比不需要建立监测对象结构模型。研究出的结构安全性实时评估方法在耐压结构模型压力筒破坏试验中进行了验证,结果表明,结构健康监测系统在耐压结构破坏前发出了报警信息,与常规基于模型的结构安全性评估方法相比,报警压力值提高了0.76 MPa,对深海耐压结构的使用具有重要的工程价值。     

船舶输水管系统振动特性试验研究

针对船舶输水管道系统振动问题进行研究,建立了实验模型,研究了管道振动机理,分析了影响管道振动的因素,运用有限元分析技术对管系进行了模态分析,利用传递矩阵法,计算出流体在管道中的共振频率,对实验管道系统进行了压力、振动测量,得出其功率谱图,并对管道系统的振动、压力脉动信号进行了检测处理,分析管道振动的原因。应用分析的结果指导船舶管系优化设计,给出设计管系的合理步骤和方案。主要考虑各段管道的长度、弯头角度、不同支承条件、液体压力等因素对管道振动的影响;同时分析各种防振、减振措施。     

含单腐蚀和群腐蚀缺陷高强钢管道失效压力

腐蚀是引起油气管道破坏的重要原因,群腐蚀是常见的缺陷形式。文章基于非线性有限元,对单腐蚀缺陷高强钢油气管道的失效压力进行了分析,回归了单腐蚀管道失效压力计算公式,考虑群腐蚀轴向和环向未腐蚀区域的影响,提出了群腐蚀管道失效压力计算方法,给出了群腐蚀缺陷高强钢管道失效压力计算实例,并与实验结果和有限元计算结果对比分析,证明计算方法的合理性,为复杂腐蚀缺陷高强钢油气管道剩余强度评估提供了参考。     

海洋非粘结柔性管道扭转失效特征行为分析研究

分析了扭转荷载引起的三种海洋非粘结柔性管道截面可能的失效模式:铠装钢丝强度失效、内层压溃失效及铠装钢丝屈曲失效。通过管道扭转时铠装钢丝的应力及层间相互作用的分析,对每种失效模式给出了失效判据表达式。通过综合对比分析,提出了非粘结管道截面最大允许扭转角度的保守预测方法。以某典型经济性柔性管道为例进行抗扭转能力的分析。计算结果显示,在反扭情况下骨架层压溃失效是最易发生的一种失效行为,其对应的扭转角度可用于该管道允许最大扭转角度的设计预测值。这项研究可以为海洋工程类似管缆结构抗扭转能力的设计提供参考。     

不同屈服准则对完好管道失效压力的影响分析

依据变形失稳和有限应变理论,在考虑应变强化效应的基础上,得到了不同屈服准则的完好管道失效压力计算方法.基于统一屈服准则的管道失效压力解析解,结合完好管道实际爆破压力数据,得到不同材料属性的管道内压失效时适应的屈服准则.根据不同应变强化指数的管道内压破坏屈服准则差异性,对失效压力解析解进行改进,通过与现有试验结果的比较,改进的解析解预测的失效压力与实验结果吻合较好.