海上漂浮输油软管拉伸与弯曲力学特性

海上漂浮输油软管为复杂的组合截面柔性结构,制造工艺复杂,造价高昂。基于有限元方法,采用ABAQUS软件,分析计算了5层粘合型海上输油漂浮软管在管内无压及带压工况下的轴向拉伸载荷与拉伸率、曲率与弯矩之间的非线性关系及产生机理。通过模型计算,得到了管道各层的应力分布特点,结果表明,因其非对称的结构特点,粘合型管道仍然存在非线性的等效截面刚度特性。分析了螺旋钢筋布置角度、螺旋钢筋直径、帘线-橡胶复合材料层帘线布置角度等结构设计参数对轴向载荷作用下管道拉伸率的影响,相关研究成果可为管道设计提供参考。     

基于壳单元的连续型采空区埋地管道应变分析

采空沉陷区管道在地表变形的作用下会产生较大的应变,导致管道拉裂或屈曲失效,因而建立了三维连续型位移采空区管道应变数值计算模型,该模型使用非线性壳单元模拟管道,非线性弹簧模拟管土间相互作用。基于有限元模型,分析了管道应变空间分布特征及其随主要影响因素的变化规律。结果表明:连续型采空沉陷作用下管道会产生与地表一致的垂向位移,管道内弯曲应变远小于轴向应变;采空沉陷区管道的轴向应变随着覆岩岩性硬度的增强而增加,随着走向长度、开采深度的增加而增加,而煤层采厚对轴向应变几乎没有影响;管道内压、管道埋深、管土间摩擦折减因数的增加均会导致管道轴向应变的增大,增加管道壁厚能够有效减小管道的轴向应变。     

在内压和弯曲载荷下钢管临界屈曲应变的确定

通过有限元分析方法,开展了钢管在内压和弯曲载荷联合作用下的数值仿真计算.基于临界屈曲应变的影响因素分析,确定了计算工况,建立了有限元模型,研究了径厚比、内压、钢级对临界屈曲应变的影响.根据数值计算结果,回归得到了钢管在内压和弯曲载荷作用下的临界屈曲应变的计算公式,利用Matlab回归得到了非线性系数.实物试验结果验证表明,所建立的计算公式与CSA和DNV计算公式相比,有更高的预测精度.     

采空区悬空天然气管道应力与应变模拟

采空区有可能造成地表沉降变形、碎裂甚至塌陷等次生地质灾害,易造成埋地管道的大范围变形甚至悬空。基于理想弹塑性模型,以某X70管道为例,考虑管道与土体的非线性、管道的几何非线性、土壤的物理非线性等因素,利用有限元软件ABAQUS建立采空区悬空天然气管道的有限元仿真计算模型。在内压、轴向力、外部载荷等共同作用下,分析X70悬空管道在不同悬空长度、不同内压、不同埋深条件下的应力应变变化,并采用双失效判别准则对其进行安全评估。结果表明:在充分考虑应力应变的变化趋势和变化速率基础上,通过双失效判据确定不同悬空长度管道所处的风险等级,可为采空区管道的完整性管理提供依据;内压对管道失效影响较大,当存在采空区塌陷时,需要临时降低管道内压以提高管道安全性能。     

管道在地震断层作用下的位移内力分析

地震断层对管道具有严重影响，它可以使管道产生变形，导致某一中分屈曲，进而影响管道的安全运行。管道穿越地震断层的计算是管道抗震分析的重要内容，而确定管道在这种情况下的位移和内力沿管道的分布，是进一步进行强度和刚度计算的基础。在管道地下移动时位移土抗力模式的基础上，对管道受，为作用在管道上的土抗力可分解为侧向的土压力及沿管轴方向的土壤摩擦力，从而使管道产生侧向移动和轴向移动，以五次Ｂ样条基函数的组合为     

基于ANSYS的管道屈曲临界载荷分析

为了研究管道初始横向位移对其临界屈曲载荷的影响,采用数值分析方法,进行屈曲分析。首先利用特征值法进行屈曲求解,获得屈曲模态,并以此作为初始位移输入的基本参数;其次结合管道的几何参数,应用ANSYS有限元软件建立管道模型,并求解非线性大变形模型,分析初始横向位移对管道屈曲临界载荷的影响。结果表明:初始横向位移与管道的屈曲临界载荷是负相关的,初始位移越大,临界屈曲载荷越小,且几乎呈线性关系。研究结果可为今后的管道设计和工程建设提供技术支持。     

轴向冲击载荷下薄壁圆管动力屈曲有限元分析

采用了屈曲分析的有限元基本理论,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了薄壁圆管在轴向冲击载荷作用下的屈曲变形过程,得到了薄壁圆管的塑性变形、等效应力和等效应变等计算结果。     

埋地长输管道强度设计中的几个基本概念

一、关于安全度的问题 长输管道的受力状况是很复杂的。管内有受输送介质压力、温度作用分别产生的环向应力和轴向应力;管外有由于土壤承载能力不同造成钢管沿长度方向的不均匀沉降所产生的弯曲应力;埋地钢管上面受土压力,下面受由于上面上重、管材自重、介质重所     

逆断层作用下X80埋地管道的非线性屈曲分析北大核心

埋地高强钢管道是油气长距离输送的主要方式,而地震造成的断层位移错动严重威胁管道的安全运行。建立了埋地X80高强钢管道在逆断层作用下的有限元模型,采用弯管与管单元模拟管道,非线性土弹簧模拟管土相互作用。考虑了管材、管土、几何大变形造成的非线性,模型采用非线性稳定算法,保证了求解的收敛性。依据西气东输二线工程参数,详细分析了逆断层作用下管道的两种屈曲失效形式,即梁式整体屈曲失效与壳式局部失稳失效。同时,讨论了断层倾角、管道壁厚及埋深对管道屈曲失效形式的影响。研究成果对穿越断层管道的设计与安全评价有一定的指导意义。     

大落差管道清管冲击的有限元分析

中缅天然气管道云南段沿线地形复杂,多处形成了大落差起伏,给清管作业带来极大的安全隐患。针对大落差管道受清管器剧烈冲击而引起应力集中及变形的问题进行研究,基于有限元法建立清管冲击模型,分析管道受冲击时的动力学特性及在不同内压、清管器速度、土壤性质影响下的受力规律。结果表明:大落差管道受清管器冲击时,冲击力随时间变化曲线呈脉冲型波动;管道内压对清管冲击载荷影响显著,管道最大应力随内压增大而增大;清管器速度对冲击载荷影响较小;土壤类型为软塑性时,管道最大应力及变形会显著增大,并出现管-土分离状况。研究结果可为解决起伏地势下大落差管道安全清管问题提供理论依据。     

流体压力对油气管道纵向稳定性的影响

建立了海洋立管的挠曲线微分方程，对两端固定约束的情况用无穷级数法求得其临界屈曲载荷计算式，并同时用能量法给出了其近似计算式。讨论了内外液压对管道纵向稳定性的影响，对平躺管道，外部液压的作用增加了管道的稳定性，内部液压的作用减小了其稳定性。计算结果可供管道设计时参考。     

重车碾压作用下X65管道力学响应及影响因素

随着中国城市化进程的加快,道路与管道交叉的情况日益增多,使管道运行安全受到威胁.以X65管道为研究对象,通过现场试验开展了空载、半载、满载3种动载荷作用下管道力学响应状态研究.基于试验结果建立考虑管土非线性相互作用的参数化数值计算模型,实现了车辆动载荷的精准模拟,数值计算结果与试验结果误差小于5％.在此基础上,探究了重...     

油气管道悬空沉降变形失效评估

管道在实际运行过程中常常受到因沉降变形导致的外部载荷作用,而已有的管道失效评估标准与方法大多局限于内压对管体的影响.针对油气管道悬空沉降变形问题采用力学模型、有限元分析、开挖试验等方法进行了系统研究,模拟了无缺陷和含缺陷悬空管道的应力分布,结果表明,缺陷在管道底部时等效应力最大.通过开挖试验获得了最大应力点的应力变化等试验数据,验证了有限元方法用于工程实践的可行性,指出在实际工程评估中尚需考虑缺陷位置、土质等因素的影响.     

高寒冻土区管道露管原因分析及治理

冻胀、翘曲、水土流失等多种因素都会造成冻土区管道表层覆土减少甚至管道裸露,不同原因引起的露管需要采取不同的处置方法,因此必须首先检测确认露管原因,才能有针对性地制定治理措施。上拱、翘曲等冻土灾害都会造成管道的弯曲变形,而受水土流失影响的管道则会保持平直。实践中形成了一种探管仪结合水准仪的管道平顺性检测方法,该方法无需开挖管道和安装设备,只进行地面检测就能够快速判断管道是否发生弯曲变形。通过对2个典型的露管案例进行分析,发现冻土融化引起的管堤下沉、水流冲刷造成的水土流失是冻土管道露管的主要原因。针对冻土区管道露管原因,提出了清淤、换填、重新回填和修筑水工的治理措施,并针对不同的原因给出了推荐做法。     

沧临管道大浪淀跨越段管壁皱折原因分析

按结构分析方法建立了斜拉钢索支承跨越段力学模型,提出了钢索非线性结构性能的线性化处理方法及数值实施方案。在此基础上,编制了大浪淀跨越段整体结构分析程序,对不同输送工艺对应的载荷条件下跨越管道的拉移及应力进行了分析,并根据计算结果按相应设计规范进行了结构安全性校核评估。结果表明,该处管壁局部皱折的出现与工艺条件变化,温度变化,输量减少后内压变化以及固定墩可能产生的轴向位移等因素有关。     

径向载荷作用下的管道挤压变形模型

针对长输管道泄漏抢修的特点,利用管道局部挤压的方法,能够在短时间内最大限度地减少或防止油品泄漏危害。基于管道塑性变形理论和能量守恒原理,结合"Bow-tie"管道塑性变形计算模型,建立了管道径向载荷作用下的挤压变形模型,对管道挤压和管内泄漏余压作用下的塑性变形进行分析计算。得到了不同管径管道挤压所需载荷量,利用非线性拟合得到了挤压载荷的分布数据。分析表明:管道挤压载荷随管径、屈服应力的变化,呈现S形递增。该模型可以确定不同管道的挤压变形载荷,为管道挤压抢修提供理论和实践依据。     

埋地柔性管道的应力和变形分析

作用于管顶的总有铲垂直载和管底上的竖直反力分别沿管子水平直径和基床宽度近亿说不过去均匀分布,而管子两侧的被动水平压力按抛物线规律分布。据此分析了埋地柔性管道在无内压和有内压作用两种情况下的内力和变形,导出了管环弯矩和挠度的一系列普遍计算式,并列举了钢管道沟埋穿越的计算示例。其中的一些公式可直接用于穿越公路和铁路钢管道的结构设计,还可指导其它柔性管的设计 。     

地震载荷作用下埋地管道强度的简化计算

地震时地震波沿地面传播引起地面位移,地面沿直管轴向位移时使管道产生轴向拉伸应力。对平面弯管,地面沿纵向管位移时对横向管有推压作用,从而在弯管内造成了平面弯矩。忽略惯性力,采用静力分析的方法对直管和弯管分别进行应力分析,并结合计算实例给出了埋地管道强度的简化计算方法。     

弹性地基梁的挠曲线微分方程及其应用

埋地长输管道运行中将受到多种载荷的作用，如土壤的主动和被动压力，以及地上的活载荷等。这些涉及到管道强度的问题，，在设计时就是通过一系列计算加以解决。作为计算于管道变形和强度的重要基础，给出了弹性地基梁挠曲线微分方程（位移方程）。通过假设的两段钢质管道，利用给出的该挠曲线微分方程分别进行了一端约束两端约束的计算。结果表明，设定的计算误差均小于０．００１，较为精确，同时，该微分方程还可用于埋地管道的     

中俄东线直径1422mmX80钢级冷弯管设计参数的确定

为了满足中俄东线工程建设的实际需求,需要开展直径1 422 mm、X80钢级管道冷弯管设计参数的相关研究。采用AS 2885.1-2012《管道-天然气和石油管道第1部分:设计和建造》中的公式计算得出冷弯管的最大弯曲角度为6.48°;再通过冷弯管弯制过程中的应力应变有限元模拟分析,得到当弯曲角度为6~8°时,管道处于弹塑性区,满足变形要求。经过实验室及中俄东线试验段的现场验证,弯制的6.4°冷弯管回弹量及变形量均匀稳定,椭圆度、壁厚及内弧波浪度等指标均控制良好,能够满足工程要求。经过相关计算、分析及验证,最终确定中俄东线直径1 422 mm、X80钢级冷弯管的最大弯曲角度为6°,曲率半径不小于50倍钢管外径(71 100 mm)。该结果可为中俄东线天然气管道工程建设提供指导。