海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

管跨的涡激振动是引发管跨发生疲劳失效的主要因素之一,也是管跨可靠性设计、可靠性评估工作所要解决的主要问题.针对由涡激振动引发的海底管跨的疲劳失效,利于随机过程理论和可靠性分析理论,建立了更为符合海底管道实际工况的可靠性分析方法.     

深水管道涡激振动控制方法

海底管道涡激振动控制是管道设计中的重要问题。根据深水环境下,海底表面流速通常很低,并且基本不受波浪影响的特点,指出深水涡激振动控制应主要考虑疲劳失效,用管道的疲劳寿命作为深水悬跨管道涡激振动的控制条件。建立了深水环境下涡激振动的非线性微分方程,给出疲劳计算公式,并对比了浅水控制方法与深水控制方法计算的临界跨长。     

往复压缩机声学脉动分析及出口管道减振模拟

往复压缩机出口管道振动容易引起管道疲劳破坏,可以通过改变管系内气柱的固有频率来避开往复压缩机的激振频率。结合往复压缩机与管道系统的振动机理及减振方法,建立了往复压缩机结构等效数学模型,利用振动分析软件对机体进行声学脉动模拟,并依据分析结果对其出口管道进行减振设计。研究结果表明:增设孔板可明显降低往复压缩机出口管道的固有频率,使之避开共振响应区域,降低管系气柱压力不均匀度和脉动幅值。模拟结果为往复压缩机的安全使用与疲劳计算提供了科学依据,也为后续的配管设计工作提供了参考。     

海底管道立管局部冲刷数值模拟

基于κ-ε湍流模型,建立了海底管道立管与海洋平台桩腿相连接、海流流经海洋平台桩腿发生绕流现象的三维流场模型,模拟了冲刷过程中不同条件下立管附近流场及压力的变化,研究了海底管道立管局部冲刷机理.模拟结果表明:随着与立管连接的横管悬空量增大,立轴漩涡越来越密集,海底管道局部冲刷速度加快;在一定范围内,随着桩腿与立管间距的增大,冲刷速度加快,但是当该间距增大到一定程度时,冲刷速度逐渐减慢;增大桩腿的直径,可以减少海流携带泥沙量,冲刷作用得以减缓.     

海底悬跨管道形成及破坏机理

海底管道悬跨段的出现将会增加管道所受载荷作用力,使管道更易发生破坏。基于海底悬跨管道的特征,简要分析了海底管道的悬跨机理,总结了悬跨段在重力、浮力、波浪力及海流力作用下的破坏机理和研究现状,并对悬跨管道研究的发展趋势进行了展望。结果表明:分析不同结构形式的海底管道在复杂荷载联合作用下的变形和破坏已成为海底管道悬跨段研究的重要发展方向;今后有必要系统地研究流场特性和地震动特性对管道周围流场和受力的影响规律,计算更复杂约束下海底悬跨管道的允许悬跨长度,以及从多种判定依据着手分析比较海底管道允许悬跨长度,并得到相应判定依据的适用范围。     

海底管道悬空段状态检测及安全性评价

由于海况的变化,海底管道会出现悬空段,其安全性受到高度关注。采用侧扫声呐及浅层剖面检测技术,对某海底管道进行了实际检测,得到了管道全线的掩埋、裸露、悬空现状,同时对悬空段进行了加密检测,探明了海床状况。构建了海底悬空管道应力分析模型及涡激振动分析模型,并基于实际检测结果,对该海底管道进行了悬空应力分析及涡激振动分析。结果表明:该检测技术能够准确地得到管道的状态变化情况,该管道全线悬空段中有1处为危险状态,其余各处均处于安全状态。研究成果可为海底管道的安全运行提供技术支撑。(图5,表4,参17)     

悬索斜拉索组合式跨越管桥风致振动分析

应用大型有限元分析软件ANSYS,分别建立了大跨度悬索斜拉索组合式管桥建造时成桥状态和服役20年后运行状态的有限元模型。通过对管桥两种状况下的模态分析,获得管桥前二十阶固有频率和模态振型。在模态分析的基础上,进一步对管桥进行风致振动分析。分析结果表明,风力的等级对管桥疲劳载荷幅值的大小影响不大;管桥在服役20年后,管道和拉索的疲劳载荷幅值低于管道和拉索允许的疲劳强度值,不会引起管桥的疲劳失效,但要高于20年前建造时的疲劳载荷幅值水平。     

输油泵进出口管道振动诊断方法

输油泵机组及其进出口连接管道在运行过程中出现的振动问题是影响输油管道安全稳定运行的主要威胁之一.分析了管道系统激振力的来源和振动成因,并给出了诊断方法.针对某长输管道输油泵进出口管道出现的振动现象,运用振动测试手段对输油泵及其进出口管道分别进行了振动检测和分析.当输油泵进出口管道振动速度有效值最大达到9.28 mm/s...     

输油气管道结构振动声辐射仿真分析

针对输油气管道中流体与结构之间的耦合作用引发的管道疲劳破坏和辐射噪声问题,采用有限元法进行流固耦合振动特性分析,得到固有振动频率和振动模态,分析流固耦合作用对输油气管道固有振动频率的影响;采用ANSYS软件进行谐响应分析,得到简谐激励作用下管道振动的位移、速度和加速度等参数;将谐响应分析得到的位移数据导入声学软件LMS Virtual.Lab,基于间接边界元法模拟得到管道振动的辐射声场,从而建立管道振动声辐射模型。研究结果表明:径厚比、是否考虑流固耦合作用以及管道形态均对管道的固有频率有不同程度的影响;不同径厚比管道的壁厚越小,辐射声压越大。输油气管道结构振动声辐射仿真分析可为管道辐射噪声控制和管道结构优化提供借鉴。     

水流作用下悬跨管道振动的实验研究

为了比较得到水下管道安全悬跨长度的判别条件并验证其合理性。使用弹性力一重力相似理论设计模型实验,管道两端均采用固定约束,管道与水流之间的角度分别为90°、75°、60°、45°和30°,悬跨管长分别为1．00m、0．81m、0．73rn、0．70rn。通过实验比较fn≥10fs、fn≥（0．7）-1．fs、fn=5fs（fn为悬跨管道固有频率;六为水流激振频率）3种条件对悬跨管道振动的判别情况。研究表明,根据fn=5fs,即约化速度K=1的条件,计算得到的临界长度较安全、合理,并由fn=5f条件给出了不同管径、壁厚和流速条件下管道临界长度的规律图,研究结果可为水下悬跨管道的安全评价提供借鉴。（图3,表2,参13）