河流穿越段水流冲刷作用下输气管道应力分析

河流穿越段输气管道在不同环境介质作用下易产生弯曲变形,是威胁管道运行安全的重要隐患。对河流穿越段不同环境介质作用下的输气管道进行应力分析,建立漂浮管段静力学分析物理模型,运用ANSYS软件对漂浮管段应力分布进行模拟,得到管道应力与应变分布情况,并讨论管道内压和水流速度对不同管径管道最大应力的影响及其变化规律。研究结果表明:管道内压或水流流速的增加会使管道受到的最大应力增加,且随着管道内压或流速的增大,管道最大应力的增长速度也变快;在流速或管道内压不变的情况下,随着管径的增加,管道受到的最大应力增大。(图9,表2,参20)     

某成品油管道悬管段安全状态评价

某成品油管道由于洪水冲刷,形成了长约324m的悬管段。从基于应力的传统设计准则出发,对悬管段的受力状态进行评价,结果显示悬管段将会失效,与事实情况不符。从基于应变的设计准则出发,考虑管材的弹塑性变形能力,对悬管段的受力状态进行评价,结果显示悬管段处于安全状态,最大挠度为7.08m,与事实情况基本吻合。进一步对可能影响悬管段应变能力的因素进行分析,结果表明:基于应力的传统设计准则对悬管段的受力状态进行分析是非常保守的,为了充分发挥管材的塑性应变能力,应采用基于应变的设计准则。管材的应变硬化特性,例如屈服强度、抗拉强度、应变硬化指数等,对悬管段承受大应变的能力具有较大影响。     

冻土区坡体蠕滑作用下管道应力数值计算

长输油气管道在一般地段埋地敷设,当经过季节性斜坡冻土区时,由于冻融引起的坡体蠕滑作用导致管道产生附加应力。通过安装管道轴向应变传感器可监测坡体蠕滑作用导致的管道轴向应力变化,但开展管道强度评价时,需要明确管道应变监测初始应力,由于应力检测技术多在实验室环境下使用,工程上并不成熟,目前行业内一般通过有限元建模计算方法获取管道应变监测初始应力。以涩宁兰一线某穿越斜坡季节性冻土地貌埋地管道为例,介绍了位于季节性冻土区的管道当前面临的主要风险、土体位移分布形式与位移的确定,以及季节性冻土区斜坡体位移作用下管道的受力和变形情况。采用向量式有限元方法,利用空间梁单元和非线性土弹簧模型对灾害点管道进行了数值模拟,并得到管道现状应力分布,为确定管道本体应变监测截面位置、估计管道现状应力分布及管道安全评价提供依据。     

热应力及外压影响下长输管道固定墩推力有限元计算分析

建立固定墩附近直管线热应力及结构力学模型,根据西气东输二线的现场资料,应用Ansys有限元分析软件,计算管道在上覆压力、管道内输气压力及管线内温度作用,管线在固定墩处的应力及应变的大小,分析热应力及外压管线应力及固定墩推力的大小分布。结果表明,管道在地层均匀地应力变化不大及管道正常输送油气时,外挤载荷作用对管线的应力影响较小;管线内温度变化时,造成管线产生了较大的热应力及并在固定墩处产生较大的推力;在弯头附近直管应布置固定墩外,在直管段可以按照一定的距离布置固定墩,以减小管线局部集中应力及轴向变形位移。     

潜孔冲击器活塞的有限元动态仿真模拟分析

利用有限元软件ANSYS LS-DYNA对SRHD55B型潜孔冲击器活塞进行动态仿真模拟,分析活塞冲击末速度和圆角半径对活塞应力应变的影响及其变化规律.研究表明,活塞最大应力应变节点位于活塞外表面的小径圆角过渡部位,沿着活塞中心孔半径方向,越靠近内表面,应力值越小,且在外表面应力应变下降的速度最快;由于活塞外表面应力、应变的快速变化,使其结构较为脆弱,导致活塞容易发生断裂;活塞小径圆角过渡部位的圆角半径对应力集中产生较大影响,即活塞小径圆角过渡部位最大应力、应变值随着圆角半径的增大而减小,尤其是圆角半径由16mm增加到17mm时,应力、应变减小趋势最大.     

建筑物占压作用下输气管道的安全可靠性评估

城市建筑物对管道的占压较普遍,易导致地基下沉、管道变形,并可能诱发油气介质泄漏,甚至引发爆炸事故。在此,建立了基于应力-强度干涉的管道可靠性模型,在结构可靠度理论基础上,分析了建筑物占压作用下占压附加应力、管道危险截面的最大折算应力以及管材屈服强度3个随机参数的分布情况;为达到当量正态化,依据经典的JC算法,处理非正态分布变量,基于结构线性功能函数,设定未知量的迭代初始值,以提高算法的收敛速度及精度;建立了基于M-JC算法的框架结构建筑物和砖混结构建筑物两类现场占压作用下的输气管道可靠性模型,并结合Matlab软件实现M-JC算法改进,对占压管段的可靠性进行分析。结果表明：框架结构建筑物占压管段与砖混结构建筑物占压管段的可靠度分别为0.985 2和0.999 8,可见地面覆土荷载对完好管道的影响不大;M-JC算法与JC算法的结果误差很小,相对误差在1%以内。研究结果适用于分析建筑物占压管道的可靠性,对管道安全运行、城市建设规划具有参考意义。（图9,表2,参23）     

基于光纤光栅应变箍传感器的管道局部腐蚀监测

为了对管道局部腐蚀进行长期、实时监测,自行开发了一种光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变箍传感器。介绍了基于FBG应变箍传感器的管道局部腐蚀监测原理,利用这种传感器测量管道的平均环向应变,实现对管道局部腐蚀的监测。将FBG应变箍传感器安装在局部壁厚不同程度减小的钢管道外壁上,分别测量各个管段的平均环向应变,开展局部腐蚀模拟试验。利用材料力学理论计算相同压力下不同腐蚀程度管段的平均环向应变,并用有限元软件进行模拟分析。结果表明:FBG应变箍传感器可以监测到管道平均环向应变的变化,进而反映管道局部腐蚀程度。这种基于管道环向应变监测管道局部腐蚀的方法具有很好的应用前景。     

温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道力学性能

埋地油气管道一旦发生泄漏、爆炸等事故,其危害巨大,因此研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,开展安全风险评价十分重要。建立管道-地层整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。通过间接耦合法实现温度作用和隧道开挖作用的耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在温度变化和不均匀沉降耦合作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小,壁厚越大,管道Mises应力越大,纵向位移越大;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对管道的应力应变状态影响较小,管道Mises应力和纵向位移随着埋深的增加并无明显变化;管道接口与直管连接处出现应力集中现象,实际运行过程中应注重该部位的检测和维护。     

含凹陷管道全尺寸爆破试验北大核心

为了准确评定凹陷管道的承压能力,开展了含凹陷管道全尺寸爆破试验。试验得出凹陷管道的变形、凹陷区域应变及裂口特征等信息,从而分析凹陷管道失效行为与机理。结果表明:管道存在的凹陷,在提压后凹陷区域相比远场发生了较大应变,加剧了凹陷周围的应力集中。通过全尺寸爆破试验,确定了管道的屈服压力为10.1 MPa,爆破压力为10.5 MPa,结合相关标准与设计规范,确定试验用管段的许可承载压力为3.88 MPa,为保障管道的安全运行与工程决策提供了技术参考。     

滑坡作用下横向折线形埋地输气管道的力学响应北大核心

中卫—贵阳联络线K1224斜坡上的输气管道为典型的横向折线形埋地管道,受坡脚公路开挖和降雨影响,该段斜坡滑动导致管道变形。基于数值模拟和现场监测,通过管土分离的非完全耦合途径分析了不同工况下滑坡变形破坏特征和由此导致的管道力学响应。结果发现:坡脚公路开挖叠加降雨后滑坡活动加剧,管道沿坡体滑动方向水平位移尤其明显,在转折端附近出现位移突增现象;管道转折端附近应力明显大于直管段,受微地形控制的不均匀滑坡位移及其力矩作用造成管道南侧转折端附近应力集中程度最大;管道南侧转折端附近应力已接近管道材料极限应力,是该段管道最危险的部位。