海底管道侧向屈曲分析

侧向屈曲是非埋设海底高温高压管道运行期间常见的失效形式.由高温和高压造成的管道轴向应力是导致管道侧向屈曲的主要原因.本文对管道侧向屈曲进行了数学解析分析,并给出了管道在实际运行状态下发生侧向屈曲时常出现的四种模态的力学分析结果.对某工程项目的海底管道进行了侧向屈曲的数值计算以验证其工程可靠性.从理论和工程实践两方面分析比较了控制侧向屈曲的各种方法.初步探讨了深水高温高压管道的侧向屈曲控制方法.     

Theoretical Studies in Isolated Prop Model of Subsea Pipeline

基于热屈曲理论,考虑独立支撑缺陷对海底管道隆起屈曲的影响,文章推导了独立支撑缺陷海底管道隆起屈曲段长度、隆起屈曲临界荷载和前屈曲荷载,并与已有结果进行了对比,表明:独立支撑缺陷对海底管道隆起屈曲临界荷载有显著的影响,验证了本文研究结果的可行性.     

含缺陷海底管道横向屈曲理论研究

考虑了初始几何缺陷对管道屈曲临界载荷的影响,基于经典热屈曲理论,推导了平坦海床上裸铺管道横向屈曲临界载荷的理论公式,给出了无限远处管道轴向力的计算公式及临界温度的计算公式。建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,并将有限元结果与解析结果进行了对比,验证了解析公式的合理性。     

波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷

本实验研究通过涡强的分析，导出波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷深度（ｓ）和长度（ｌ）的计算表达式。     

含初始缺陷海底管线整体屈曲的分析与数值模拟

海底管线是海上油气输送的基础设施。海底管线在制造和铺设过程中由于人为因素或海床的不平坦产生局部的弯曲变形,称为几何初始缺陷,几何初始缺陷是海底管线发生整体屈曲的主要诱因,其变形形态可归纳为单拱对称模式和双拱反对称模式。论文综合运用模态分析法和显示动力法模拟含缺陷管线在温度应力作用下的整体屈曲,并将数值模拟的结果同经典解析解进行了对比。     

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.     

国外海底管道屈曲传播及止屈试验技术综述

海底管道屈曲传播机理极其复杂,涉及到弹塑性稳定后屈曲问题,须通过大量的试验进行研究.文章概述了国内外海底管道屈曲传播理论研究发展历程,着重介绍了国外在海底管道屈曲传播与止屈试验技术方面的研究,总结和评述了国外相关试验装置的特点,探讨屈曲传播压力、传播速度、止屈效率等关键因素的试验测定方法,并指明了管道屈曲传播与止屈试验技术的发展方向,为海底管道屈曲传播及止屈试验设计提供指导.     

海底管道屈曲传播及止屈试验技术研究综述

海底管道屈曲传播机理极其复杂,涉及到弹塑性稳定后屈曲问题,现有屈曲传播理论尚处于探索阶段,须通过大量的试验进行研究。本文概述了国内外海底管道屈曲传播理论研究发展历程,着重介绍了国外在海底管道屈曲传播与止屈试验技术方面的研究,总结和评述了国外相关试验装置的特点,探讨屈曲传播压力、传播速度、止屈效率等关键因素的试验测定方法,并指明了管道屈曲传播与止屈试验向全比例、多载荷、动态化发展的研究方向,为海底管道屈曲传播及止屈试验设计提供指导。     

国外海底管道局部屈曲研究综述

海底管道是海洋油气集输系统中最重要的组成部分之一,从铺设到服役都将承受多种载荷的作用,并可能发生局部屈曲且沿管道传播开来,由此造成严重的后果。海底管道的局部屈曲在管道安全性方面具有重要意义,已成为海底管道设计与评估中重要的内容。详细阐述了国外关于海底管道受外压、弯矩和轴力作用下的局部屈曲研究成果,论述了在单个载荷和多个载荷联合作用下的局部屈曲破坏机理,并提出了未来研究的建议。     

海底管道整体屈曲摄动解与Galerkin解的对比分析

海底管道在高温高压下的整体屈曲是管道设计中需要考虑的重要问题。由于地基土体对管道作用的非线性特点,使得求解高温高压下海底管道整体屈曲变形的理论解非常困难。摄动法和Galerkin法是求解海底管道整体屈曲的重要方法。文章在考虑土体对管道抗力的分析模型基础上对海底管道水平向整体屈曲变形的摄动法解与Galerkin法解进行了对比,发现两者得到的结果差异较小,但Galerkin法求解过程复杂,计算量大,且土抗力的函数表达式较为单一。     

船体总纵极限弯矩计算的一种简化方法及程序开发

本文提出了船体总纵极限弯矩计算的一种简化方法,并据此开发了程序-UStrength。本文的简化方法考虑残余应力,初始变形和侧向载荷对板和板格弯曲屈曲性能的影响;考虑侧向载荷对加强筋扭转屈曲的影响;提出了硬角单元的一种新模型。使用所开发的程序对若干箱形梁模型、Dow的1/3缩尺护卫舰模型和Energy Concentra-tion号VLCC油船进行了比较。符合得较好。     

深海球形耐压壳力学特性研究

研究了深海球形耐压壳计算方法。分别建立了球形耐压壳薄壳和厚壳的力学模型、浮力系数求解公式以及壳单元和体单元的数值模型。分析1~6km球形耐压壳强度、稳定性、储备浮力特性,并研究网格划分形式、单元类型、密度对数值计算结果的影响。研究结果表明,采用厚壳理论、体单元数值分析进行深海球形耐压壳设计与评估更为合理。在设计时,建议先根据内表面应力公式确定耐压壳厚度,再运用厚壳屈曲理论或数值分析校核其稳定性。     

海底管道不平整度分析

海底管道不平整度分析是根据海底管道悬跨分析的结论,研究海底管道铺设在不平整的海床后其自由悬跨长度、悬跨高度以及自由悬跨产生的应力、应变是否满足要求。本文首先分析海底管道不平整度分析涉及参数,然后结合工程实例,对我国南海深水区复杂地质情况下一条预建海底管道不平整度进行分析评估,并提出合理的优化方法。本文的研究成果对今后类似海底管道不平整度分析有参考意义。     

初始缺陷加筋板的屈曲与后屈曲分析

本文分析了加筋板非线性屈曲与后屈曲，采用离散加筋板模型。考虑初始缺陷的存在，忽略筋截面上的剪切应力，引入板和筋的应力函数，得到加筋板的非线性控制方程，假设挠度和初始缺陷为双级数形式，最后运用迦辽金方法求解。     

基于路径规划算法的海底管道路由辅助选线技术

海底管道的路由选择会影响工程施工技术方案和总体投资，而目前海底管道路由选择多采用人工图上作业的方式，很大程度依赖于工程师个人的经验水平。同时，随着海域使用资源的日益重要和稀缺，海底管道路由选择也会对社会效益产生一定的影响。为提高路由选线的效率和精度，开发一套辅助选线技术，使用Dijkstra算法完成路由的初始搜索，结合Bresenham算法减少初始路由上的拐点同时降低长度，然后通过附加障碍物的方式完成管道路由的曲率修正。通过简化和实际算例验证，说明该技术可以找到满足曲率要求的、造价最小的平滑海底管道路由，实现了基于路径规划算法的海底管道路由辅助选线技术，为海底管道路由选择提供技术支持。     

船体梁极限强度计算中的曲板“硬角”属性

为了解决极限强度计算时曲板能否作为硬角单元的问题,从曲板屈曲的规范公式出发,讨论曲板屈曲与几何参数的关系。采用非线性有限元程序对具有不同初始缺陷的多组曲板进行极限强度计算,研究初始缺陷对曲板极限屈曲强度的影响。依据是否发生屈曲,给出判定曲板归属硬角单元的判据。     

船体梁极限强度计算中的曲板“硬角”属性

为了解决极限强度计算时曲板能否作为硬角单元的问题,从曲板屈曲的规范公式出发,讨论曲板屈曲与几何参数的关系。采用非线性有限元程序对具有不同初始缺陷的多组曲板进行极限强度计算,研究初始缺陷对曲板极限屈曲强度的影响。依据是否发生屈曲,给出判定曲板归属硬角单元的判据。     

侧向载荷作用下的T型加筋板梁柱屈曲载荷-端缩曲线修正

加筋板单元的载荷-端缩曲线是影响Smith法计算精度的重要因素,而目前HCSR规定的载荷-端缩曲线尚未考虑侧向载荷的作用。为了计入侧向载荷对加筋板单元载荷-端缩曲线的影响,拓宽Smith法的适用范围,采用非线性有限元法,计算192个具有梁柱屈曲破坏模式的T型加筋板单元,在纵向压缩载荷和侧向载荷作用下的极限强度。通过回归分析,得出在侧向载荷和纵向压缩载荷联合作用下,T型加筋板单元在梁柱屈曲模式下的载荷-端缩曲线修正公式。对8个T型加筋板模型分别采用修正公式和非线性有限元法计算结构的临界应力和临界应变,2种计算方法结果相对误差小于10%,验证了修正公式的有效性。     

计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化影响的船体板架加强筋侧向屈曲

作为薄壁杆件,船体加筋板架中的加强筋在轴向压力的作用下可能发生绕定轴的侧向屈曲.本文采用了Faulkner残余应力模型和经验公式计算附连板屈曲以后应力分布的变化.在用能量法求解加筋板的侧向屈曲弹性临界应力时,在广义特征值方程中计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化的影响.     

基于非线性有限元法的海底管道剩余强度研究

考虑腐蚀海底管道材料非线性及几何非线性特点,基于塑性失效准则,采用非线性有限元法建立腐蚀海底管道剩余强度模型,以此预测腐蚀海底管道失效压力。基于非线性有限元法的计算结果,与失效压力准则法进行对比,分析腐蚀缺陷长度、深度、角度及腐蚀位置对失效压力的影响规律。