海底管跨涡激振动敏感性分析

涡激振动会引起海底管跨的疲劳失效,激振频率、固有频率及激振载荷等是其主要影响因素.固有频率是表征结构对荷载敏感程度的指标,管跨共振只可能在漩涡发放主频率接近管土结构的固有频率时才产生.分析了海底土壤力学特性、悬跨长度、管道尺寸、海流速度等对管跨涡激振动的影响规律,结果表明:随着管道覆盖层土壤硬度增大,管跨的最大应力部位逐渐从管跨中点向土壤和管跨的交界区域移动;当海流速度较大时,对于小管径海底管道,靠近管跨中点和管跨两端易发生疲劳失效.在工程设计校核过程中对易引发疲劳失效的部位予以关注,有助于提高海底管道的可靠性.     

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。     

海洋立管错列涡激振动特性数值模拟

为了掌握海洋立管系统的涡激振动规律,发展了广义α法求解圆柱振动方程,增强了解法的稳定性,在改进特征线算子分裂(Characteristic Based Split,CBS)求解流场方程的基础上,提出了流-固耦合有限元解法计算涡激振动问题,并通过基准算例验证了解法的精度和稳定性。运用该解法数值模拟了低雷诺数下多种工况条件时两错列圆柱的涡激振动过程,结果表明:当攻角较小时,上游圆柱脱落的涡直接与下游圆柱相互作用,增加了下游圆柱上、下表面的压差,导致大尺度涡激振动现象,而此时下游圆柱的振动频率由上游圆柱的涡脱落过程决定;当攻角较大时,下游圆柱将脱离上游圆柱的尾迹区,其绕流流场、受力情况及振动频率均趋近于单圆柱情况。研究结果可为海洋立管系统布置的工程应用提供参考。     

并列双箱梁桥面风致涡激振动试验研究

基于两座具有并列双箱梁的缆索承重桥梁,做了一系列的弹性悬挂节段模型风洞试验.结果表明,双桥面之间存在不可忽略的气动干扰效应,它对双桥面桥梁的涡激振动会产生不利影响.以平胜桥主梁节段模型为基础的风洞试验研究表明,并列双桥面之间的气动干扰效应随着桥面间距的增加而减弱,从而使主梁的涡激振动特性随两桥面之间的距离而变化,而增加阻尼是抑制双桥面涡激振动的有效手段.     

海底管道疲劳损伤与疲劳寿命的可靠性计算

将海底管道服役期内的长期海况看成由若干离散的短期海况组成,每一个海况的短期分布均服从Rayleigh分布。利用Miner线性累积损伤理论,通过模态分析和谱分析方法确定海底管道在各短期海况下的应力响应谱,研究波浪载荷作用下海底管道的疲劳损伤,结合S-N曲线对疲劳寿命进行可靠性分析,并研究相关参数对疲劳损伤和可靠性的影响。疲劳寿命是一个复杂的随机过程,综合疲劳强度的不确定性、疲劳载荷的随机性、计算应力范围与真实应力范围的不确定误差以及Miner线性累计损伤理论的近似性4个因素,得到了疲劳寿命的数学表达式和疲劳失效极限状态方程。以埕岛油田海底管道为例,分析了管道边界、悬空长度、水动力参数等对疲劳损伤和可靠性的影响,其中悬空长度对疲劳损伤和可靠性的影响最大,惯性力系数的影响次之,拖曳力系数的影响可以忽略。     

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）     

开口截面斜拉桥涡激共振风洞试验及减振措施研究

对某大跨开口截面斜拉桥进行节段模型风洞试验,测试了主梁成桥状态的气动性能.试验结果表明,该桥主梁在设计风速范围内出现了明显的竖弯以及扭转涡激共振现象.参数化的试验研究表明,该桥的涡激共振现象在相当广泛的阻尼比范围内均存在,即使将竖弯以及扭转阻尼比提高到1%以上仍然存在明显的涡激共振现象,且振动幅值仍超过规范允许值.为了抑制主梁的涡激共振,通过风洞试验设计了有效的气动措施减振方案.测试表明,所采用的减振措施能有效地消除该桥涡激共振的发生.     

基于CFD的导流板形海洋立管涡激抑制研究

利用ANSYS-CFD软件模拟导流板形横剖面立管对涡激振动的抑制效果,在雷诺数为200与1 250的情况下对5种不同剖面形状进行仿真模拟,将软件仿真结果进行对比表明,导流板两侧角度选取的不同会产生不同的涡激抑制效果。     

海洋立管内气液两相流流激力实验研究与计算模型

在海洋油气开发中,随着输送压力和管流速度的不断增大,由管道内流引起的振动问题成为流动安全保障的重要内容之一.通过搭建组合立管实验平台,对由气液两相流引起的流激力展开研究.根据持液率信号与实验观测结果,对立管内局部流型进行划分,对流激力的影响因素进行分析,建立了流激力波动主频和最大流激力均方根值Frms的计算模型,结果表...     

原油管道跨越段的风险评估方法

根据风险评估的基本概念,运用W.Kent.Muhlbauer[1]提出的风险评分方法,通过风险辨识与评分[2,3]和风险后果的评价标准,给出了原油管道大中型跨越段的风险评估方法及其风险分值的量化方法,并用实例进行了说明.     

三维海底悬空管道自振特性研究

利用有限单元法对三维海底悬空管道的自振特性进行了模拟分析研究,建立了悬空管道的三维分析模型,得到了三维管道刚度和质量矩阵,并形成了悬空管道的自由振动方程.采用机械振动的广义JACOBI理论编制JACOBI程序,计算固有频率的数值解及临界悬空长度.结果表明,采用JACOBI程序可以快速、方便地求出海底悬空管道的固有频率,为海洋工程的管道设计提供依据.     

管道裂纹的随机有限元可靠性研究

根据管道的穿透性裂纹与非穿透性裂纹起裂准则,考虑管道的材料参数,几何参数以及温度载荷参数,建立了管道的二次三阶矩几何非线性随机有限元方程,对其表面裂纹这一随机机械损伤进行了可靠度计算,并与Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ有限元方法进行了比较。     

海四联外输管道停输与不预热投产过程的研究

通过对海四联外输原油流变性的研究,建立了热油管道停输与不预热投产过程的数学模型,模拟计算了海四联外输管道停输与不预热投产过程,给出了管外土壤与管内油品的温度分布、管内压力的变化及流量的恢复过程.在模拟计算的基础上,实现了管道前半段动火停输、新建管段不预热直接投油,全线启动投产一次成功.现场实测数据与模拟计算结果基本一致.     

交通荷载下管道疲劳寿命的模糊可靠度方法

以受交通荷载作用的埋地管道为研究对象，认为受交通载荷作用下管道的失效是一个模糊随机事件。考虑交通载荷的非平稳作用特点，基于模糊理论，在合理选取隶属函数的基础上，结合可靠度分析方法对交通荷载作用下管道的疲劳寿命进行了计算，提出了一套简便方法，从而为交通荷载下管道系统的可靠性设计计算提供了一种明确的分析方法和思路。     

充液管道振动特性研究

充液管道振动特性研究具有广阔的工程背景,对推进基础学科理论进步和国民经济发展有着举足轻重的作用。结合充液管道的研究状况,从是否考虑固液耦合两方面划分了充液管道振动特性的研究内容,归纳了其研究方法并对各种方法的适用范围以及优缺点进行了研究,对目前研究中的典型模型进行了探讨,可为今后的研究工作提供一定的参考价值。     

成品油管道泄漏扩散规律分析

对成品油管道泄漏扩散过程进行了研究,建立了油品孔口出流模型、油品喷射模型、油品蒸发模型、油池扩散模型和油品渗透模型等适用于油品泄漏过程不同阶段的理论分析模型.基于这些分析模型,可以精确地评价一起可能发生的泄漏事故对公众和环境造成危害的严重程度,以便于更加准确、切合实际地对成品油管道泄漏事故进行定量风险评价,为制定管道事故应急预案,减少事故损失提供理论指导,同时也有助于对成品油管道进行完整性管理研究.     

埕岛油田海底输油管道流体摩阻规律

通过大量的现场生产试验数据,对不同温度、不同含水率的原油粘度及摩阻进行了测定,对海底管道中摩阻的变化进行了研究,发现了影响原油外输的摩阻规律,提出了降低原油外输摩阻的建议,对浅海原油外输工作有一定的指导意义.     

靖惠原油管道的输送工艺研究

针对靖惠（靖安-惠安堡）原油管道在输油设计中存在外部依托条件差、油源分散、进油点及出油点均较多和进油量不确定等不利条件，提出采用多支线原油管道密闭输送自控技术、原油加剂输送及原油自动计量等工艺技术。实践表明，靖惠原油管道输送工艺技术解决了上述问题，确保了管道一次投运成功，为滚动开发油田原油外输管道设计积累了经验。