地震时跨断层海底管道的屈曲分析

地震时,考虑海底管道与土介质的相互作用,对将跨断层海底管道作为薄壳结构时的断层位错反应进行分析计算.利用Ansys分析软件,将管道模型简化为四节点薄壳单元结构, 土介质简化为弹塑性弹簧,建立管土相互作用的有限元分析模型,进行分析计算.根据计算结果以及海底管道屈曲校核准则描绘出管道破坏等级范围分布图.最终得出结论:地震时在大位移断层运动作用下,海底管道存在明显的屈曲变形,在屈曲变形较大处,海底管道发生断裂.     

斜滑断层对埋地天然气管道力学性能影响

为研究斜滑断层作用下埋地天然气管道受力性能和影响因素,采用有限元软件ADINA进行数值模拟,建立三维管土相互作用非线性有限元模型.在该模型的基础上,分析了断层错动量、管道埋深、管径、内压以及不同管材对管道受力与变形的影响.研究结果表明:断层错动下,钢质管道最大受力与变形位置位于断层两侧,管道所受最大拉压应变相近;管道应...     

地震作用下跨断层油气管道安全性分析

跨越断层的地下管线在地震中受到非常大的威胁,其安全性将直接影响油气管道的安全运行以及地震应急工作的开展。研究了跨断层管线失效准则,构建了跨断层管道地震荷载下的有限元模型,对地震作用下跨断层油气管道的应变规律进行了研究;以薄壁管道开始起皱的压缩应变为容许压缩应变,对管道的安全性进行了判定;为地震作用下跨断层埋地油气管道的安全设计提供了依据。     

卷管铺设有限元模拟及管道力学响应分析

文中基于壳单元建立了管道的上卷和校直有限元模型,模拟了管道在卷管铺设过程中的弯曲和反弯曲变形,计算了卷管铺设过程中管道的弯曲曲率、塑性应变及椭圆率等参数的力学响应,并且分析了铺设张力对管道残余椭圆率的影响。研究表明,卷管铺设过程会使管道产生较大的累计塑性应变和残余椭圆率,而铺设张力又加剧了管道的椭圆化程度。     

跨断层埋地管道安全监测预警系统

穿越断裂带长输埋地管道易发生拉裂、错断及屈曲破坏,实施管道安全监测预警,可以进行震后速报,为管道安全运行状态评估、危险管段应急抢险提供依据。利用传感器对断层致灾体、管道承灾体以及土体对管道作用力进行监测,形成地震动加速度预警、断层位移预警、管道应变预警、管道泄漏预警、管道检修定位、管道变形及受力状况显示,管土相对位移和相互作用力动态变化功能的监测预警系统,有效减少突发性灾害导致的管道受损破坏及次生危害的发生。     

中俄东线天然气管道工程稻田软土地基下管道应力分析

为研究软土地区不均匀沉降引起的管道应力状态，结合中俄东线天然气管道工程(南通-甪直)工程实际，采用建筑地基基础规范推荐的公式计算地基沉降，利用ANSYS建立管土相互作用模型，计算管道在不均匀沉降作用下的变形与应力，计算结果与规范允许应力进行对比，评估管道安全性。结果表明，管道所受的应力状态满足GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》的要求。     

双层海底管道起吊分析方法研究

在海底管道安装或维修过程中,有时需要对已铺设的管道进行起吊作业,管道起吊分析是这一作业的关键过程.针对结构较复杂的双层管,为了确定合理的双层管起吊分析方法,指导海上起吊作业,文中使用有限元分析软件SUSPEND和OFFPIPE,并采用双层管和等效单层管两种模型对管道起吊分析方法进行了研究和比较.结果表明:采用SUSPEND软件进行起吊过程分析时,等效单层管模型计算结果更准确,并与OFFPIPE软件计算结果相吻合；采用OFFPIPE软件进行管道起吊分析时,等效单层管模型和双层管模型计算结果一致,均可用于双层管起吊过程分析.     

粘土地层大断面异形盾构隧道结构力学特征数值试验研究

文章基于修正惯用法和壳-弹簧模型两种计算方法,研究了原型试验条件下错缝拼装的异形盾构管片随覆土厚度增加的力学行为特征。研究结果表明,异形管片结构整体变形呈"横鸭蛋"形;环向接头存在使结构内力呈非对称分布,纵向接头的剪切作用和幅宽边缘对其加强作用使幅宽边缘内力普遍大于幅宽中央;基于平面应变状态的修正惯用法夸大了错缝拼装对管片纵向的加强作用,计算结果要大于考虑三维空间问题的壳-弹簧模型,说明修正惯用法作为异形管片的设计方法是偏于安全的;建议异形盾构管片横向刚度有效率范围为0.72~0.87,正弯矩区弯矩传递系数范围为0.245~0.256,负弯矩区弯矩传递系数范围为0.166~0.197。     

穿越活动断层埋地管道的应变分析

文中系统回顾了穿越活动断层埋地管道研究的历程,并分析比较了各种方法的特点、适用范围与不足,通过采用Newmark-Hall法和Kennedy法对管道应变进行了计算,并分析了不同参数对管道应变的影响程度,考虑埋地管道安全性以及建设的经济性,建议埋地管道敷设时以50°～80°穿越断层、管道埋深控制在1 m以内,最后针对当前的研究现状,提出对今后穿越活动断层埋地管道研究的建议和看法。     

管道穿越水网地段沉管下沟技术对策研究

在管道穿越水网地段时,会遇到管沟不易成型等困难,而沉管下沟技术是解决该问题的关键点。针对水平直管段、水平弯管段两种工况,先简化出管道和土体相互作用的物理模型——土弹簧模型,进而利用ANSYS软件进行力学分析。在土弹簧模型中,根据工程实例,确定了土弹簧的刚度k=776 690 100,利用单元生死原理,模拟挖掘机顺延管道移除土体的情景。通过软件计算,得到管道能进行沉管下沟的开挖长度。文中还对直管段作了简单的网格无关性分析,说明应用ANSYS软件模拟达到了要求的精度。最后依据计算机仿真结果给出在施工中的建议。     

基于Workbench的含半穿孔油气管道疲劳寿命数值模拟

基于Workbench多场耦合分析平台Fatigue Tool模块对含半穿孔缺陷油气管道开展数值模拟分析。根据雨流计数方法将管道所受非周期性载荷历程转换为可用的应力循环载荷,并选用4种不同应力修正方法进行数值模拟。最大等效应力集中在沿管道周向扩展的半穿孔右侧边沿,表明此处疲劳可靠性最差,其次为半穿孔附近区域。4种修正方法计算结果中,Soderberg法的疲劳寿命最小,无平均应力修正法的疲劳寿命最大。而Goodman法与Soderberg法计算结果较接近,疲劳失效预测偏安全;其余两种方法的结果偏不保守。在实际工程中,采用Goodman法、Soderberg法进行预测较安全。     

气液两相段塞流中双流体模型的分析

采用一维瞬态双流体模型描述了倾斜管道中气液两相段塞流的流动情况，提出了段塞单元的简化水力模型，认为段塞流是由一系列段塞单元构成，该段塞单元由流相段塞区和膜区两部分组成；通过对段塞单元的分析，采用新方法来计算段塞频率，塞单元及液相塞的长度；根据据其流动特点推导出表征气液两相间相互作用及气液两相与管壁间相作用的关联式，本文在处理相间曳力系数时摒弃以往采用经验常数的方法，而是在稳态段塞流动量守恒方程的基础上推导出新型的曳力系数表达式从而达到封闭模型的目的。     

深埋置装配式大直径波纹钢管构造及有限元分析

本文首先介绍了装配式波纹钢结构的构造方法,利用有限元软件对基于二维平面应变模型的装配式和整体式管涵进行计算;其次,分别分析基于弯矩等效和波纹的三维有限元模型受力和变形;最后,通过构造减压板对深埋置波纹钢管进行加固。结果显示,二维平面应变模型下,装配式与整体式两者之间应力和变形存在较小的差异;三维弯矩等效平板模型和二维平面应变模型计算结果具有一致性;三维等效平板模型和波纹模型具有较大的差异;深埋置作用下,减压板不能改善波纹钢管受力和变形状态。有以下结论:1)分析时整体式模型可以代替装配式模型计算; 2)弯矩等效的平板简化模型具有一定的适用范围; 3)深埋置状态下,减压板不能改善波纹钢管的受力和变形状态。     

油气管道裂纹检测器探头机构

针对长输油气管道存在的裂纹检测问题,设计了一种油气管道裂纹检测器的探头机构。该探头是基于磁致伸缩效应而设计的,可用于管道轴向裂纹缺陷的检测。该探头机构由弹簧连杆支撑机构、弹簧滑块支撑机构、万向旋转机构、支撑轮、磁铁和探头壳等零部件组成。在动态试验台上进行测试,试验表明,该探头机构具有足够的强度和耐磨性,运行距离超过250 km,并能满足管道变形的要求,使探头壳紧贴管道内壁,该探头机构具有良好的应用前景。     

埋地热油管道圆形边界处理方法的比较

研究热油管道停输再启动及间歇输送,首要的问题是计算管道周围土壤的非稳态温度场.在土壤温度场模型中,将土壤的半无限大区域转化成有限矩形区域,利用有限差分法进行离散化求解.对于埋地管道圆形边界的处理,可用阶梯形折线或方形边界来近似代替管道圆形边界;通过比较利用方形边界和折线边界计算所得的热流密度值(随埋深、半径、保温层厚度的变化),说明用方形边界代替管道圆形边界是可行的,并且可以简化埋地管道的传热计算.     

含缺陷管道悬空状态下的有限元建模

地质灾害情况下,管道容易产生大变形和失效,造成重大事故,因此,研究地质灾害中管道的建模与应力计算,具有重要的工程意义.通过力学与有限元的结合,利用ANSYS工程软件建立管道在悬空状态下的大变形有限元模型.为考虑土壤地基的影响,采用弹簧来模拟地基对管道的反作用.根据材料力学计算分析,得出比较合适的弹簧间距,并验证了该模型的合理性.对于含缺陷的管道,运用子模型技术进行处理.建模完成后,用一组具体的管道参数进行实例分析,利用ANSYS后处理命令计算管道上的最大应力及其应力分布.     

基于有限元法分析双层海底管道断裂失效问题

针对南海某油田平台间某双层海底管道的外管发生一处断裂失效事故,根据管道实际运行工况,考虑土壤摩擦力对外管的作用,利用有限元接触分析方法进行双层海管的受力分析,结合DNV规范对管道进行强度校核。结果显示:利用有限元接触算法来分析管土相互作用时,采用刚性面来模拟土壤层是可行的;在未超过原设计压力和设计温度条件下,该海管的外管将不会发生断裂失效事故,管道满足结构强度要求;若海管产生较严重的局部腐蚀,最严重腐蚀点的缺陷凹坑深度超过壁厚的85%,将会发生断裂失效事故。     

铁路隧道凸壳型防排水板通水能力研究

文章基于我国铁路隧道防排水体系的技术现状及铁路隧道防排水领域存在的主要问题,介绍了凸壳型防排水板的基本特征,并对凸壳型防排水板的等效管径、通水量等进行了理论计算和研究。结果表明:单位幅宽(隧道纵向延长米)凸壳型防排水板的最小等效管径为0.0626 m,不同工况下其通水量为376~2138 m^3/d;凸壳型防排水板的通水能力是环向盲管的18~38倍;提高凸壳型防排水板凸壳体的抗压强度是确保其通水能力的有效措施;凸壳型防排水板可全面替代传统的防水板与环向排水盲管设置。     

输水盾构隧洞复合衬砌结构设计计算研究

软土有压输水盾构隧洞采用管片外衬和整筑预应力内衬作复合式衬砌的设计计算中,为能较好考虑内衬与外衬管片的相互作用,以及内衬预应力荷载在隧洞施工和运营各阶段对复合衬砌结构受力的影响,本文提出了一种新的实体叠合计算模型。由于确定管片纵缝接头抗弯刚度的复杂性,文中建议对用数值模拟管片纵缝接头刚度采用了一种非线性耦合弹簧＂接触对＂的模拟系统。在采用实体单元建模的条件下,由于计入管片接头刚度的力学处理困难,文中研究了一种能以模拟管片接头刚度的简化计算方法。根据内、外衬砌接触界面处理方式的不同,文中提出了5种适合不同界面条件内、外层衬砌的相互作用模型。此外,本文还研制了内衬预应力荷载的一种转化程序,以解决采用等效荷载法施加预应力时的前处理问题。上述各点创意构思已在南水北调中线一期穿黄隧洞的结构设计研究中得到了具体反映和成功应用。     

双层管道锚固件有限元分析及校核

对于有保温要求的油气输送管道通常采用双层管型式,内外管之间设置锚固件进行连接,预防泄漏扩散的同时更有利于内外管之间的载荷传递。针对某16英寸油砂项目双层保温管道,通过结构设计、有限元设计,建立锚固件、内管、外管和保温套管的有限元模型,通过有限元分析,分别计算水压试验工况、操作工况、停产工况和事故工况下的锚固件最大应力值。计算结果显示,4种工况下的锚固件最大应力值均小于ASME规范规定的许用应力值,满足规范和应用要求。