基于双段求解的高精度浮尘离散模拟方法与应用

对掌子面爆破后隧道内浮尘时空演化特征进行动态模拟求解时引入数值逼近模型拟合出浮尘的初始排放量，在此基础上根据隧道实际工况提出了双段离散求解的数值模拟方法，解决主观赋值及精确求解的问题。以贵州某在建隧道为研究背景，利用有限元Ansys-Fluent软件离散模式对浮尘的动态时空浓度场进行双段求解计算,一阶段对静风状态下浮尘浓度梯度上的弥散进行模拟，二阶段对机械通风条件下浮尘的随流扩散进行模拟。研究结果表明：通风试验周期内沿程采样点模拟数据与实测数据的最大误差百分比为13.67%，随机采样点最大误差百分比为12.39%；采用双段模拟求解法对其他两座风筒拱顶布局、台阶法开挖的在建隧道进行了浮尘动态模拟，各随机采样点上误差百分比均控制在11%以内。相关数据表明双段模拟求解法具有普遍适用性，不同工况下均可有效保证模拟数据的低误差百分比，双段模拟求解法可作为掌子面爆破后浮尘动态演化的一种新型高精度模拟应用方法。     

普通凹坑对管道爆破压力的影响分析

文中总结了国内外标准对普通凹坑尺寸的规定及存在的问题。采用有限元方法,模拟了管道上不同深度普通凹坑生成过程,以及在内压作用下普通凹坑中心点的应力变化过程。研究了无约束和受约束普通凹坑对管道爆破压力的影响,得出无约束普通凹坑对管道爆破压力没有影响,凹坑深度超过20%OD的受约束普通凹坑对管道爆破压力影响较大的结论,并对普通凹坑的处理提出了建议。     

基于ANSYS的波纹金属软管疲劳寿命数值模拟

为了解决波纹金属软管疲劳寿命验证试验周期冗长的问题,提出了一种基于ANSYS Workbench的波纹金属软管疲劳寿命数值模拟方法。根据软管的疲劳试验原理,通过ANSYS Workbench软件中的静力分析模块对软管进行应力分析,然后采用Fatigue Tool工具和应变寿命法对软管进行疲劳寿命预测。实验结果表明:有限元分析得到的应力最大位置与试验得到的软管疲劳破坏位置一致,疲劳寿命的平均误差为7.46%,满足工程要求。验证了有限元方法评估软管疲劳寿命的可行性,有效缩短设计周期。     

基于全尺寸试验的X80管道腐蚀缺陷评价方法验证分析

文中在调研含腐蚀缺陷X80管道全尺寸压力爆破试验数据基础上,对ASME B31G-2012、ASME B31G-1991、PCORRC、LPC-1、SHELL 92评价方法的失效压力评价结果进行验证,并用线性回归分析方法对比分析了各评价方法用于X80管道腐蚀缺陷评价的准确性和可靠性。对比分析结果表明:管道腐蚀缺陷深度或长度较大时,各评价方法的预测失效压力差异更明显,其中流动应力、腐蚀面积参数、鼓胀因子等因素共同影响了评价结果的保守性;LPC-1方法预测的准确性最高,SHELL 92方法最保守。     

基于二次指数平滑法的管道剩余壁厚预测

为判断管道的安全状况,对管道寿命做出合理预测,建立了基于二次指数平滑法的预测模型。首先对管道壁厚数据进行拟合,选择最合适的平滑次数,再采用先大范围筛查再小范围求精的方法获得最优权重系数,进一步增加预测模型的准确性。对预测结果进行方差分析和误差判断,结果显示,权重系数取0.89时的均方误差为0.008 509 mm~2,对应2017年的预测误差为0.52%,预测结果能达到较高的精度。     

含球型凹坑缺陷燃气管道弯管极限载荷的研究

凹坑是埋地管道中常见的体积型缺陷,是一种破坏性较大的局部缺陷,而弯管是埋地管道中的重要管件。应用有限元分析软件ANSYS,对含球型凹坑缺陷的燃气管道弯管在内压载荷作用下进行有限元分析,分析中考虑材料非线性和几何非线性,根据腐蚀区的载荷-应变图,对模型的塑性极限压力进行了预测,并得出了缺陷尺寸对塑性极限载荷的影响及变化规律,得到了一些对含缺陷弯管的安全评定有参考价值的结论。     

地面堆载对原水输水钢管的影响研究

经过对埋地原水输水钢管爆管的案例调研发现,漏水管道上方多存在违章堆土或重载货车行驶的情况,管道裂缝位置主要集中在焊缝附近。采用室内相似模型试验、有限元模拟验证和现场静载测试相结合的手段,研究了不同地面堆载工况下对DN2400原水管道的变形及受力影响。室内研究结果表明,管底的轴向应变均大于环向应变,管道以弯曲变形为主,与实际漏水点处焊缝断裂相符。现场静载试验与有限元所得的各测点处的Mises应力均小于10 MPa,远小于管道破坏的荷载。说明地面堆载不是造成原水管道爆管的单一诱因,焊缝的原始状态对爆管的影响不可忽视。     

油气管线在役焊接承压能力的确定

采用有限元分析软件对不同壁厚、管径管道的在役焊接过程进行数值模拟,研究管道内壁径向变形随介质压力的变化规律,确定在役焊接可焊压力,并与不同标准的理论计算结果进行比较。结果表明:通过研究管道内壁径向变形的变化规律可以确定在役焊接修复过程中管道所能承受的最大压力,且数值模拟得到的可焊压力变化规律与理论计算结果相似,可焊压力均是随着管道壁厚的增大和管径的减小而逐渐的增大。其中公式2与数值模拟结果最接近,但随着壁厚的增大计算所得的可焊压力与数值模拟结果的差值越大,而公式3恰好相反,应根据具体焊接过程选择合适的可焊压力计算公式。     

体积型缺陷管道评价方法对比分析

为了得到有效的体积型腐蚀缺陷管道的评价方法,通过对多种腐蚀管道评价方法进行对比分析,得到ASME B31G-1991标准与DNV RP-F101标准计算的鼓胀系数M3和M4比较适中,ASME B31G-1991标准与API 579-2000标准计算的流变应力介于AGA-NG 18标准与ASME B31G-1984标准、DNV RP-F101标准与PCORRC方法之间。同时,通过将试验爆破压力与上述评价方法的预测压力进行比较,得到对于中低强度等级管道可采用ASME B31G-1991标准,对于中高强度等级管道可采用PCORRC方法的结论。     

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。     

管段关联性对腐蚀管线失效可能性评估的影响

为了对管道进行完整性管理,需要对管道在腐蚀情况下的失效压力进行计算或预测,而影响失效压力的诸多因素中就包括管段的空间关联性。提出了计算关联系数的方法,同时分析了管段关联系数对管道的整体失效可能性评估的影响。最后结合实例,利用蒙特卡罗模拟方法,用所提出的方法在某管线进行了具体应用,并对结果进行了分析和讨论,结果表明:与那些没有考虑到腐蚀管线的管段关联性的评估结果相比,结合管段关联性的本方法在提高对管线失效可能性评估的准确度上可以提高近30%。     

利用管道数值模拟技术解决集气系统的计量误差问题

随着新疆某油田的不断开发,其集气系统的流量计出现了较大的误差,为了帮助确定流量计的正确量程,在建立管道模拟模型的基础上,通过准确测量管道两端的压力和温度参数,利用管道数值模拟技术对管道的工艺参数进行数值模拟计算,得到了管道的流量值,并据此进行了流量计的选型,实际应用表明该方法是方便可行的。     

带体积型缺陷压力管道极限载荷的有限元分析

管道在使用过程中会出现各种缺陷,主要以腐蚀造成的体积型缺陷为主。采用有限元弹塑性分析方法,基于Von—Mise屈服准则,对含体积型缺陷的压力管道进行非线性分析,研究腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对压力管道极限载荷的影响。与含腐蚀缺陷管道的水压试验结果及ASME B31G计算的结果进行对比,证明有限元方法在分析腐蚀缺陷管道的可行性。     

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。     

天然气管道清通压力模拟

为了能够合理分析和处理清管过程中的实际问题,提高清管能力,基于质量守恒定律和牛顿第二定律,将管道内气体流动与清管器运动耦合起来,得到天然气管道清通压力计算方程。以四阶龙格-库塔算法对方程进行离散计算,结果表明:模拟计算结果与清通压力实验结果十分吻合,清管器在经过弯管、三通等阻力件时,均会使清通压力发生急变,通过分析清通压力的变化特点,可预测清管器的运动位置及到达管道出口的时间。     

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...     

既有混凝土斜拉桥的荷载试验与结构性能分析

随着使用年限的增长,预应力混凝土斜拉桥结构状态与安全问题越来越受到关注。文章针对具体实桥,进行荷载试验与应变监测,并根据设计与施工资料建立三维有限元模型对各施工阶段进行模拟。通过将模型计算值与实测挠度、应变与频率各参数对比,校正后得到反映桥梁实际工作状态的力学分析模型,以复核桥梁实际承载能力。结果表明,此方法实用可行。     

泥水盾构下穿已有隧道施工过程数值模拟研究

针对2010年上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线工程,进行了数值模拟研究。根据工程实际,土体采用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了沿弯曲路径下穿几何特性复杂的已有隧道的三维非线性数值模型,通过施加开挖面泥水压力模拟了泥水盾构施工过程,采用Newton-Raphson方法进行非线性求解。比较了轴线地表沉降数值模拟计算结果与工程实测数据,表明模拟模型可靠、可信;分析了泥水盾构施工对周围土体及已有隧道的影响,得到了已有隧道的位移和应力的变化规律,可为实际工程提供参考。     

基于BP神经网络的川气东送管道土壤腐蚀预测

通过现场埋片和土壤理化性质试验确定了影响川气东送管道腐蚀速率的主要土壤因素,对39个试验点的X70钢质试片的腐蚀数据进行分析,构建了X70钢材土壤腐蚀预测模型,利用该模型在BP神经网络中训练、模拟,并运用MATLAB软件对神经网络进行编程,将预测结果与现场X70埋片腐蚀实验结果对比。结果表明:运用BP神经网络可以建立稳定性好的土壤腐蚀预测模型,预测川气东送管道X70钢材在土壤中的腐蚀速率的准确度达到90%以上。     

基于有限元法的天然气管道隧道清管冲击分析

川气东送管线隧道段众多,过大的冲击载荷将会破坏隧道固定墩的固定作用。为了研究清管器在隧道段中对管道的冲击和其运动规律,结合流体动力学理论,采用ABAQUS有限元分析软件建立了清管器在管道中的冲击模型,模拟分析了清管作业过程中清管器速度与管道输送压力对管道应力与加速度等参数的影响及变化规律。分析结果表明：管道输送压力对管道应力的影响最大,清管器速度、清管器种类对隧道段管道的应力也有影响。