基于土弹簧模型的管道滑坡力学影响因素分析

滑坡是影响管道完整性的重要因素之一。基于土弹簧模型建立了滑坡管道有限元分析模型,考虑了管土之间相互作用的非线性特征,研究了管道内压、滑坡长度、滑坡位移、滑坡方向与管道轴向的夹角等因素对管道应力的影响。以陕京输气管道为例,分析了不同管道工况下滑坡相关因素对管道应力的影响,量化分析了垂直管道轴向的横向滑坡和平行管道轴向的纵向滑坡两种情况下的力学影响因素,得出滑坡方向与管道轴线的夹角对滑坡产生的附加应力具有重要影响,对于管道线路的完整性管理具有重要意义。研究结果可为滑坡地区管道的风险控制提供理论依据和技术参考。（图6,表1,参]5）     

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。     

横向滑坡过程中管道的内力和变形计算

将滑坡体中的管道简化成大挠度的梁,将滑坡体外管道看作半无限长的梁或杆,考虑管梁的几何非线性、滑坡体外土壤的纵向抗力的物理非线性以及管道的内压和温差作用,基于滑坡体内外管道内力和变形的连续性,推导得出了在当量轴向力为拉力或压力两种情况下管道的内力和位移的有关计算式,提出了当量轴力为拉力或压力的判别式。横向滑坡中埋地管道的位移和内力计算最终归结于两个非线性方程的求解,可用牛顿迭代法或作图法解之。提供了     

基于CAESARⅡ的埋地热油管道应力计算

对于埋地管道,土壤和管道的相互作用是管道应力分析的重要组成部分,研究管道周围土壤的力学特性至关重要。基于CAESARⅡ应力软件建立了合理的埋地热油管道应力分析模型并进行数值计算,分析了操作温度与安装温度差值、管道埋深、土壤内摩擦角等参数对管道局部推力和位移的影响。研究表明:管道内外温差、埋深及土壤内摩擦角对埋地管道地上和地下部分的应力、位移、固定墩推力的大小和方向影响较大,设计时必须对土壤参数进行准确界定,以期达到理想效果。     

热力架空管道的位移计算

热力架空管道系统在石油化工和城市供热工程中得到广泛的应用，原先热力架空管道的计算没有考虑到位移的非线性因素，不能正确地反映管道和支座的实际受力情况，现结合热力架空管道和支座的受力情况，给出了力学的计算模型，对作用在热力架空管道的载荷进行了分析，结合有限元法和变弹簧系统迭代法，用有限元迭代计算管道的位移，计算结果表明，分析热力架空管道必须考虑位移的非线性因素，同时必须正确考虑支座摩擦力的影响。     

用动坐标迭代法分析海洋管道敷设时的应力

在海洋管道敷设期间，对管道应力分析要考虑的因素很多，如托管架的曲率和长度、管道的张力和浮力、管道的覆盖层及其输送的介质，特别是当用敷管船敷设管道时，有很长一段管子县在海水中，使管子存在较大的弯矩。     

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。     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

支座处埋地管道的地震应力分析

在地震波作用下，埋地管道因地震波的剪切作用而产生弯曲应力，而支座处弯曲应力远高于远离支座处直管段的弯曲应力，需要在埋地管道的抗震设计中予以考虑。采用梁结构分析方法对各种支座处的管道弯曲应力进行了分析，即将埋地管道地成是带 有边界约束的弹性基础上的连续梁，忽略地下管道及其内输送介质的惯性作用，应用结构分析方法分析各种支座处的管道应力。给出了算例和几类特殊支座附近的管中应力的分析结果。     

基于有限元的内腐蚀管道极限压力计算

利用有限元软件,采用幂硬化随动强化材料模型、缺陷正交面切割法和模型完全六面体单元网格化方法,建立了数值分析模型,在规范B31G的基础上求得准确度更高的内腐蚀管道极限压力拟合公式,并用实际算例对其进行了验证.     

油气管道的锚固法兰结构设计与有限元分析

锚固法兰按照常规计算方法得到的各部位尺寸较为保守,重要部位的结构尺寸往往不合理,局部应力过大,缺少必要的分析优化过程.以某规格高压、大口径锚固法兰为例,采用理论计算与有限元分析方法相结合进行设计计算.结果表明:在法兰的圆角处和管颈处有最大的应力强度分布,其余位置的各应力分量均较小,强度校核满足要求,结构设计合理.因此,锚固法兰设计计算结合有限元分析方法,可确保设计质量,满足不同工程项目锚固的技术要求.     

埋地管道的温度应力试验与计算问题

文章以大量的试验数据,证实了文献〔1〕中对埋地管道受力状况的基本论断,提出了“约束度”的概念,根据试验结果修正了式(1)。在分析和测试数据基础上,给出了包括地温和“约束度”因素在内的埋地管道温度应力的修正公式。     

行星架应力应变理论计算和有限元分析的比较

以单臂式行星架为例,应用理论计算方法对行星架的应力应变进行了分析,并用ANSYS建立了单臂式行星架的有限元模型,针对该型行星架比对了各种网格划分方法的可行性,计算了其应力应变情况,然后比较分析了理论计算方法和有限元方法计算的结果。结果表明,应用有限元方法对行星架进行应力应变分析更符合工程实际应用的需要。     

陕京管道滑坡灾害预警标准计算与分析北大核心

为了研究陕京管道滑坡灾害监测预警技术,以管道地质灾害监测方法为理论依据,选取研究区内典型滑坡体为研究对象,综合考虑地灾点的发育情况、典型性、对管道的威胁程度、设备的保存安全性等条件,设计监测方案,安装一体化专业监测设备,收集地灾点的降雨量、滑坡地表裂缝位移及深部位移等监测数据。分析监测数据发现:陕京管道沿线滑坡现阶段变形量很小,整体较稳定,不会因发生滑坡而威胁管道隧道安全。预警分析发现:无雨状态下,滑坡体最稳定,滑坡体最大位移最小。随着降雨量的增多,滑坡体稳定性下降,最大位移变大,体现在滑坡体上即裂缝增大。为了得到一个预警的变形值,分别取3种工况时的80%位移值为预警标准值,分级确定了预警标准位移。     

管道磁记忆检测信号与缺陷应力关系的有限元仿真

为了实现对管道磁记忆检测信号与缺陷应力关系的定量研究,建立了含腐蚀缺陷管道的二维有限元仿真模型,给出了应力-磁导率耦合数学模型以及管体应力和地磁场求解控制方程。首先利用ANSYS的应力分布功能,计算求得管体在4.5MPa内压下的应力强度分布,然后根据应力-磁导率数学模型计算求得管体外侧的地磁场分布,表明管体应力与磁导率之间具有一定的耦合关系,证实了有限元模拟技术可以准确捕捉到管体缺陷处的磁应力信号,进而判定管道的缺陷特征。     

管道清洗Pig运行阻力的计算方法

基于对Pig的应力和变形分析,推导出了弹性Pig通过圆截面管道和收敛圆锥形管道时的运行阻力的数学表达式。为验证计算方法的正确性,对比了运行阻力的计算值和实测值,结果表明,该计算方法可以很好地预测Pig的运行阻力。     

直埋供热管道直管的应力分析

根据工程实际，利用弹性薄壳理论，将直埋管道直管段作为柱壳建立物理模型，并在相应曲线坐标下，对作用于管道上的荷载进行受力分析。根据所建平衡方程，利用边界条件，获得了直管段β向和n向的位移。利用此位移，根据物理方程，在理论上首次获得了以柱壳为物理模型的直管段α、β向应力解析解。     

强弱磁场下管道应力内检测方法

针对磁记忆检测方法在油气管道内检测过程中易受外界因素干扰的不足,提出了一种利用双磁场强度进行长输油气管道应力内检测的方法。基于J-A理论建立管道应力内检测解析模型,分析不同磁场强度下应力信号的检测特征,通过试验验证强弱磁场下管道应力内检测的有效性。结果表明：在强磁作用下,管道应力对磁信号的影响较小,随着饱和程度的增大,影响逐渐减弱;在弱磁作用下,管道应力可以影响磁信号的强度,可据此进行应力集中区的检测;当外磁场强度为5 000 A/m时,300 MPa应力的识别能力为50%,10 mm长、10 mm宽、10 mm深的缺陷识别能力为4%;当外磁场强度为30 kA/m时,300 MPa应力的识别能力为1.74%,同样体积缺陷的识别能力为40%;利用双磁场检测器进行管道内检测时,可以根据同一位置不同强度磁场下的信号特征进行管道损伤判断。当强磁节无信号特征、弱磁节有信号特征时,管壁存在应力集中区;当强磁节有信号特征、弱磁节无信号特征时,管壁存在体积缺陷;当强磁节及弱磁节均有信号特征时,管壁上体积缺陷处存在应力集中区,需重点关注。研究成果可为油气管道缺陷处的应力检测提供理论依据。（图7,参25）     

基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮齿根应力的有限元分析

根据轮齿齿廓的数学模型,在ANSYS环境下建立了轮齿平面有限元模型,并进行了应力分析计算.与传统的方法相比,有限元分析法能准确地获得齿轮的真实应力场,为齿轮强度计算提供了可靠的依据.     

西气东输管道吕家河滑坡与应急治理

对于西气东输管道山西吕家河滑坡的地貌条件、构造条件、发育特征、诱发因素进行了初步分析与研究,从地质学的角度指出滑坡产生的根本原因是其后缘受煤矿场区施工、弃渣及其挡墙的加载影响,坡体前缘芦苇河河流冲刷则是另一诱发因素.根据研究结果,制定了改善滑坡段环境、管道改线和加强管道巡查等应急措施.