分部浮力法控制海底裸置管道侧向屈曲数值模拟研究

分布浮力法是控制海底高温高压油气输送管道在预设位置发生侧向屈曲的一项重要技术。基于ABAQUS软件,使用隐式动力算法分析具有初始缺陷的海底裸置管道的侧向屈曲和后屈曲特性,探究管道长度、温度、初始几何缺陷与管道应力和屈曲变形幅值之间的关系。考察浮力单元及其参数对海底裸置管道侧向屈曲和后屈曲特性的影响。计算结果表明,不是任意浮力单元都能起到降低管道最大应力的作用,合理地选择浮力单元的长度和重力比十分重要。     

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。     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

含初缺陷损伤圆拱的动力屈曲

由Hamilton原理导出考虑初始缺陷及横向剪切变形时裂纹圆拱的动力屈曲控制方程;应用断裂力学中常用的线弹簧模型将裂纹引入到屈曲控制方程中;基于B-R动力屈曲判断准则,采用数值方法求解了受径向均布阶跃载荷作用时裂纹圆拱的动力屈曲;对比讨论了不同载荷幅值、裂纹长度、初始几何缺陷大小等因素对圆拱动力屈曲性能的影响.     

焊接初始缺陷对海洋平台横撑极限强度的影响

为了研究焊接初始缺陷对海洋平台结构极限强度的影响,采用热弹塑性有限元法对不同焊接顺序下半潜式海洋平台横撑结构的焊接过程进行模拟,获得横撑结构的焊接残余应力和变形。在此基础上,采用Riks法计算含焊接初始缺陷的横撑结构的轴向压缩极限强度。结果表明:在2种焊接顺序下,横撑结构的纵向构件发生局部屈曲时的压缩载荷相差约11%,含焊接初始缺陷的横撑结构的屈曲压缩载荷比无缺陷的横撑结构小约18.45%;由于该结构整体的刚度较大,焊接初始缺陷和焊接顺序对横撑结构最终极限强度的影响较小。     

考虑几何缺陷的刚架结构力学性能研究

以吊船大型刚架结构为研究对象,采用多单元混合的局部精细化有限元模型,兼顾精度要求和计算效率,在有限元分析中同时考虑结构的几何和材料非线性;通过特征值屈曲分析,研究初始几何缺陷对刚架结构的力学性能影响;通过改进一致缺陷模态法中直接以最低阶屈曲模态作为缺陷分布的方法,计算分析获取最不利几何缺陷作为结构初始几何缺陷分布,对结构进行稳定性评估;结合工程经验,对架体结构几何缺陷作正态分布假设的拟合,验证了上述方法的正确性和可靠性。表明:该结构对初始几何缺陷敏感,考虑几何缺陷的结构稳定性能是完善结构的30%~40%,对几何缺陷确定,应该分析比较不同几何缺陷分布模式以确保结果的合理性和可靠性。     

考虑失稳模态型初始缺陷的加筋板极限强度分析

加筋板是船体结构的重要组成部分。采用一阶屈曲分析得到的加筋板失稳模态以局部变形为主,按一阶屈曲模态引入的初始缺陷不能很好反映船体甲板结构的整体缺陷,为了进一步推广高等分析法在船舶与海洋结构物中的应用,本文提出一种能反映船体整层甲板、舱段乃至全船结构整体缺陷分布的失稳模态型初始缺陷引入方式。采用有限元软件Ansys,对加筋板不同初始缺陷形态下的极限强度进行分析并与试验结果对比,验证了引入失稳模态型初始缺陷在加筋板极限强度计算中的可行性与有效性。有限元计算结果表明,与采用一阶屈曲型初始缺陷相比,采用失稳模态型初始缺陷得到的加筋板极限强度更低,更能保证结构的安全性。考虑失稳模态型初始缺陷,对31个单一参数变量加筋板进行极限强度分析。计算结果表明,在合理范围内增高加强筋是提高加筋板极限强度的最有效手段。     

初始缺陷对不同深度载人潜水器耐压球壳极限承载力的影响

大深度载人潜水器耐压壳是保证其完成预定功能的最基本部件,研究初始几何缺陷,其中包括弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷、整体圆度偏差和壳板厚度偏差,对不同深度载人潜水器耐压壳体承载力的影响乃是极其必要的。通过对不同深度潜水器的有限元分析,得出了不同深度耐压壳体受初始缺陷影响的曲线,可以确认缺陷范围处于临界弧长时结构的承载力最弱。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时,壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析,并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时,结构极限承载力的变化。     

初始缺陷对耐压圆柱壳塑性稳定性影响初探

耐压圆柱壳结构发生失稳时，壳体结构因为材料达到屈曲极限而发生了塑性屈曲变形。利用有限元软件ANSYS分析研究计及初始缺陷的弹塑性屈曲对耐压圆柱壳结构极限承载能力的影响。根据试验模型测量建立的真实模型与带理想初始缺陷模型进行对比分析，并讨论模型的初始缺陷在一定范围内时，结构极限承载力的变化。     

复合材料剪切圆柱壳在轴压下的屈曲与后屈曲

给出了非对称正交铺层剪切圆柱壳广义Donnell型大挠度方程,并运用位移型摄动技术构造出该圆柱壳在轴压作用下的后屈曲渐近级数解.为保证边值问题摄动解的一致性,本文研究了边界效应对中短圆柱壳的影响,亦即运用奇异摄动技术详细分析了该圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解.并讨论了横向剪切变形、Batdorf数、弹性模量比和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响.比较显示,横向剪切变形对圆柱壳的屈曲与后屈曲有重要影响.     

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.     

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。     

海底埋设管线屈曲剧变理论研究综述

海上生产的烃类必须在高温高压下运输以使流体舒缓而避免蜡组分的凝固。由于内外压差和温差引起强制膨胀导致轴向压缩力,此时便产生了海底管线的屈曲。此压缩力既能引起管线在海床平面内的侧向屈曲,也能造成垂向屈曲。通常将管线埋于沟槽内从而确保与其它海洋活动的干扰最小化。在此情况下,侧向土约束超过了由管线浮重造成的垂向隆起约束。因此,要特别注意挖沟埋设管线的垂向屈曲。最近对中国高温管线和渤海湾几起事故的关注引发中国海洋工程师对此现象的强烈兴趣。文章综述了海底埋设管线垂向屈曲的理论研究历史,以及作者对此问题的一些经验。希望海洋工程师能从本领域的文献综述和总结中受益。文中同时研究了管线的防护层设计,最后明确了未来发展的方向。     

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。     

海底管线抗震设计方法研究

现用海底管线的地震应力计算方法存在着计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,研究在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过计算发现在设计地震条件下,管土之间的约束实际上已进入了塑性滑移状态.结合理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力.并用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用.最后通过新的应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行在役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础.     

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.     

Riks弧长法在压杆非线性屈曲分析中的应用

为了得到单轴压缩杆件考虑几何非线性时的后屈曲特性,介绍Riks弧长法的基本原理,并以工字钢为例,说明Riks弧长法在压杆非线性屈曲分析中的应用.结果表明,考虑初始缺陷后,压杆的屈曲强度大大减小,且屈曲强度对缺陷因子极为敏感.该研究可为单轴压缩杆件的非线性屈曲分析提供参考.     

邮轮典型开孔高腹板板架结构极限强度分析

[目的]开孔高腹板板架结构是在大型邮轮上层建筑中广泛使用的一类特殊结构,为建立此类结构的设计方法,需充分掌握大型邮轮上层建筑典型开孔高腹板板架结构的力学特性。[方法]综合运用经典加筋板理论与非线性有限元方法,分析甲板初始缺陷、纵桁规格、腹板开孔对板架纵向受压极限承载能力的影响规律。[结果]发现薄板板架对于初始缺陷更为敏感且不同于厚板板架的初始变形模式,纵桁对纵压极限能力贡献度较大,纵压极限承载能力对开孔比例、开孔形状敏感性较低,开孔位置决定崩溃破坏屈曲带的位置,进而揭示了开孔高腹板板架的破坏失效模式。[结论]所得甲板初始缺陷、纵桁几何尺寸、腹板开孔诸因素对开孔高腹板板架极限强度的影响规律,可为邮轮结构轻量化设计及安全性评估提供指导。