考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法

凹陷是深海管道常见的缺陷形式，会使管道抵抗外压的能力大大降低，从而发生失效。目前针对含凹陷深海管道缺乏准确的评估方法。本文采用非线性有限元方法，分析了凹陷深度、凹陷长度、径厚比和椭圆度对深海管道压溃压力的影响规律，给出了考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法，为含凹陷深海管道的工程评估提供了参考依据。     

压力载荷下非粘结柔性立管应变影响因素分析（英文）

基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非线性。计算结果表明:数值解与理论值吻合较好;立管端部边界条件对轴向延伸率影响不大但对绕轴向扭转角度影响较大;抗压铠装层为径向压力主要受力构件,其铺设角度虽然对压溃性能不大,但在应变分析中不可忽略;拉伸铠装层铺设角度对应变影响同样较大。文中数值方法可弥补理论方法限定在小位移、小变形范围,无法计入层间摩擦、材料非线性及初始制造椭圆率等缺陷。     

压力载荷下非粘结柔性立管应变影响因素分析

基于Abaqus/Explicit准静态和质量放大方法研究了一类典型非粘结柔性立管在压力载荷作用下应变响应特性,对影响立管整体轴向延伸率和绕轴向扭转角度的因素进行了分析。数值模型计入金属层实际截面形状、铺设角度以及几何、接触、材料非线性。计算结果表明：数值解与理论值吻合较好;立管端部边界条件对轴向延伸率影响不大但对绕轴向扭转角度影响较大;抗压铠装层为径向压力主要受力构件,其铺设角度虽然对压溃性能不大,但在应变分析中不可忽略;拉伸铠装层铺设角度对应变影响同样较大。文中数值方法可弥补理论方法限定在小位移、小变形范围,无法计入层间摩擦、材料非线性及初始制造椭圆率等缺陷。     

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.     

串列非粘结柔性立管碰撞影响规律分析

考虑基于骨架层和压缩铠装层各向异性中轴向材料属性,本文研究了串联非粘结柔性立管的碰撞规律影响特性。利用ABAQUS海工软件划分和加密典型八层非粘结柔性立管的最外层外护套层外表面参与碰撞的区域,讨论立管在不同的碰撞速度、管间摩擦系数和管内壁压单因素变量下,碰撞区域沿碰撞方向的应变、应力和碰撞力的时程曲线特性,总结对非粘结柔性立管碰撞影响规律。同时,对比单层立管与非粘结柔性立管的碰撞过程发现,两者都发生了多种碰撞行为,其中第一次碰撞过程最为剧烈。三个单因素变量对非粘结柔性立管的碰撞规律特性有不同影响。就立管的碰撞速度而言,在第一次碰撞过程中,碰撞力随碰撞速度的增加而增加,应变和应力呈现先增大然后减小的趋势;随着管间摩擦系数的增大,碰撞过程中应变和应力呈先减少后增加的趋势;碰撞中应变和应力随管内壁压的增加而增加。     

考虑间隙影响的海洋非粘结柔性管道内压失效预测分析研究

对于海洋油气开发工程中输送油气的非粘结柔性管道,其内部压力是管道失效的重要原因之一。对常用的非粘结柔性管道内压失效的理论预测模型进行了讨论,并与三维数值模型所得到的结果比较。为了考虑加工间隙的影响,提出了将弹性力学理论与"填充因子"等效方法相结合的柔性管道结构抗内压能力的分析方法。计算结果表明,柔性管道抗压层间的加工间隙会显著降低结构的抗压能力。理论分析与数值模拟结果吻合良好,在加工间隙不超过0.2 mm的情况下,相对偏差不超过3.38%。该理论预测方法对非粘结柔性管道结构的设计提供了有益的参考。     

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。     

非粘接柔性管力学性能验证实验方法研究

非粘接柔性管是一种特殊的复合材料,由多种材料非粘接复合而成,相比粘接性柔性管,其可设计性、弯曲性、施工安装及回收利用有很好的优势。在海洋工程中,非粘接柔性管被大量的应用于海洋油气管道中。在风、浪、流等复杂的海况条件下,海洋油气管道的力学性能引起更多的关注。为了研究海洋油气管道的拉伸、弯曲以及压溃等力学性能,减少在海洋工程作业中的意外事故,需要对原型管子进行相应的验证试验。     

蜂窝式夹芯层结构横向耐撞性能数值仿真研究

蜂窝式夹层板结构具有强度高、结构轻等优越的性能,其中夹芯层结构起关键作用。文中采用非线性有限元软件MSC/Dytran模拟仿真了蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下的渐进屈曲过程,分析了结构的耐撞性能,结构参数对耐撞性能的影响。研究分析表明:蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下具有稳定的压溃载荷、较长的有效行程,具有优良的吸能特性。结构密度是影响结构耐撞性能的关键因素;夹芯层高度对结构的耐撞性影响不大,增加结构夹芯层高度结构吸能增加。     

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.     

深海非粘结柔性立管简化模型数值分析及实验研究

非粘结柔性立管具有弯曲刚度小、质量轻、耐腐蚀以及抗疲劳等特点,适用于深海恶劣的海况。然而由于非粘结柔性立管层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使得其数值模拟分析面临众多挑战,很难同时保证分析模型的精度和效率。提出一个新的非粘结柔性立管简化模型,在考虑摩擦和接触等非线性特性,以及骨架层和抗压层的沿轴向的弹性模量的条件下,运用梁单元和壳单元简化了建模。实验研究的拉伸、扭转、弯曲刚度结果与新建简化模型计算结果的对比分析,验证了所建简化模型的可靠性。研究表明,新的简化模型不仅能节省计算时间,而且更加接近柔性立管的实际本构关系和实验结果。     

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。     

海底管道JCOE成形引起的残余变形及其对压溃承载能力的影响

大口径海底管道在安装与服役过程中承受巨大的海水压力,易发生压溃失效,管道的这种压溃承载能力受管道制造过程引入的局部几何偏差和残余应力的影响。本文基于塑性理论与数值仿真方法,建立大口径海底管道“预弯-成形-扩径”一体化分析模型,研究JCOE线管制造工艺引起的管道残余应力、残余变形和成形力等关键力学参数及其变化规律。并基于RIKS方法,对成形后海底管道的压溃承载能力进行分析,研究不同制造工艺参数对结构压溃承载能力的影响。研究结果表明,管道JCOE成形过程会引起管道残余应力和残余变形,扩径可以缓解成形过程造成的应力集中和残余变形,提升管道的压溃承载能力。     

海洋悬空管道非线性振动稳定性分析

以海洋悬空管线为研究对象,根据海洋悬空管道的主要特征,将海洋悬空管道简化为两端简支梁力学模型．涡激升力简化为简谐荷载。在考虑管道非线性因素下,建立悬空管道的横向振动方程,并采用谐波平衡法对方程求解。可得出洋流涡激作用下海洋悬空管道横向振动失稳的双尖点突变模型,由此导出悬空管道失稳条件。根据失稳条件分析发现．海洋悬空管长度对稳定性影响起主导作用,并在假定其他条件不变的情况下,分析影响悬空管道稳定性的因素和悬空段临界长度之间的关系。分析结果表明：随着外流流速、管内流流速、管内压强的增加,悬空管道的临界长度减小：随着材料弹性模量、管外直径的增大．悬空段的临界长度增加：其他影响因素相比较而言可以忽略．     

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.     

轴压柱形壳非线性屈曲试验与理论研究

本文研究了轴压不锈钢柱形壳的非线性屈曲行为.通过轴向压缩试验,获得柱壳的载荷位移曲线、失稳载荷、最终失稳模式;在此基础上,采用弧长法对试验壳体进行非线性屈曲计算,分析平衡曲线、临界载荷、临界屈曲和后屈曲模式等非线性屈曲行为,并与试验结果作对比研究.结果表明:在柱形壳受轴压而发生弹塑性屈曲时,端部长度缺陷会在轴压初期降低柱形壳的承载力从而影响临界屈曲载荷,且高度越小时,柱形壳越容易在两端发生形变.但是总体来看,发生塑性屈曲时,端部长度缺陷对临界载荷影响很小.     

用固定度法设计变截面砼柱

本文论述了一种用固定度法设计变截面砼柱的方法。本方法不必采 有效长度因子，也不必计算柱子的临界压屈荷载。利用美国砼学会（ACI）建筑法规中的EI公式，可把柱子端部的转动约束和位移约束考虑进去，而且考虑了材料的非线性。     

弹簧支吊架在FPSO高温管道中的应用

高温条件下管道热胀、冷缩和端点附加位移产生的位移载荷是造成管道应力过大和相连设备管口扭矩、反力过大的主要因素。合理设计管道走向和支架布置来增加管道系统柔性是减小管道热载、降低管道应力的主要途径。以机舱排烟管道系统为例,在CAESAR II中建立数值模型,分析了排烟管道的热胀载荷对管道的影响,比较了弹簧支架约束与刚性支架约束对高温排烟管道一次、二次应力的影响。研究发现,在高温管道中,弹簧支吊架不仅能增加管道系统的柔性,减小管道热应力,而且能降低管道对支架的约束载荷,减小管道所受的集中力。     

玻纤增强柔性管抗外压性能研究

对外压载荷下玻纤增强柔性管的力学性能进行研究,并采用有限元软件ABAQUS建立外压模型,提取管道可承受的最大外压,以验证数值分析方法的正确性。对玻纤增强柔性管进行外压试验,比较数值分析结果与试验得到的最大外压值的差异。结果表明,数值分析结果与试验得到的最大外压值的吻合度很高,提出的理论公式可用来计算玻纤增强柔性管可承受的最大外压值,为工程实践提供指导。