内压和侧压作用下管道的屈曲分析

压力管道是薄壳结构，会发生屈曲失稳破坏。采用侧压和内压力联合作用下的力学模型模拟了管道受到滑坡、洪水等自然环境的作用情况，用有限元方法计算管道的屈曲失稳情况。分析了管道的屈曲载荷和屈曲形态，给出了典型的管道屈曲变形模式，并绘出了厚度、内压、缺陷对管道屈曲载荷影响的关系图。     

管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

多层海洋采气管道上升段屈曲研究

区别于海洋采气管道的水平段屈曲问题,上升段管道的屈曲问题未受到足够重视。为获取海洋采气上升管道的临界屈曲能力以及三层管道保温层变化对管道屈曲能力的影响,基于有限元方法建立了直立以及J型采气管数值模拟,分析了单层管道以及三层管道的临界屈曲模态及特点,讨论了管道参数及管材性能参数对临界屈曲载荷的影响。研究结果表明:管道临界屈曲载荷随管径及壁厚的增大而增大,随管长增大而减小的趋势;同时还会受到保温层厚度的影响,保温层厚度越大,管道的临界屈曲载荷越大。研究结果为以后采气管道的管径选择、保温层厚度选择提供了一定的理论基础和参考。     

蛇形铺管形状对海底管道横向屈曲的影响

蛇形铺管法是一种有效控制管道横向屈曲的方法,该方法的关键是使管道在预设位置激发屈曲,且管道后屈曲的弯矩及应变控制在合理的范围内。文章提出了一种新的蛇形铺管形状,即正弦曲线形状,基于ANSYS软件建立了用于平坦海床上蛇形铺设管道横向屈曲分析的计算模型,对正弦曲线形状的蛇形铺管形状进行了分析,并与工程普遍采用的弧形铺管形状进行了对比。对比分析表明,正弦曲线铺管形状有效地降低了管道屈曲的临界荷载,且管道后屈曲的弯矩及应变更低。     

海底管道侧向屈曲激发设计应用及验证

介绍国内首次进行海底管道侧向屈曲激发的工程设计应用和基于投产后调查的验证及再分析。进行基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制基础。根据铺设后调查,对管道铺设后不直度、沉降值等数据进行分析,发现南海海底管道由孤立波造成的海床沉积物不均匀沉积的直接证据。投产后调查验证了侧向屈曲激发装置的有效性,并根据膨胀、侧向屈曲量进行再分析,验证管-土作用参数。结论对深水高温高压海底管道设计与建设以及管-土作用参数的计算有一定的指导意义。     

管道弯曲塑性屈曲应变的评价

概述了目前的几种管道弯曲屈曲临界应变预测评估方法,重点介绍了弯管横截面椭圆化的理论解决方案,并分析了它们各自的适用性。为了确定目前最合理有效的预测评估方法,对几种管道弯曲屈曲临界应变公式的预测结果与试验数据以及有限元计算结果进行了对比分析。分析结果表明,针对管道弯曲屈曲临界应变的预测,在大多数情况下,屈曲塑性变形引起的截面椭圆模型给出的预测结果比其他屈曲应变预测方法的结果更切实际。     

海底管道侧向屈曲概率化分析方法

介绍海底管道侧向屈曲概率化分析的理论基础和方法,编制基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算程序,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制的基础。给出基于概率化方法的侧向屈曲分析实例,该方法已在工程实际项目中成功应用,所得结论对深水高温高压海底管道设计与建设具有指导意义。     

高温油砂输送双层管屈曲失效动态模拟方法

为了确保高温埋地双层输送管道的总体稳定性,避免管道因轴向压缩力过大而导致屈曲失稳甚至泄漏,准确模拟双层管道屈曲失效过程并制定恰当的屈曲抑制措施十分必要。以某高温预应力油砂输送管道为例,应用OLGA软件及ABAQUS软件相结合,对埋地双层管道泄漏时管内流体瞬态变化过程、管道-土壤的耦合受力分析和隆起屈曲失效过程进行动态模拟,并提出缓解管道高温失稳的多项技术措施。双层管屈曲失效动态模拟方法有助于准确模拟埋地双层管道泄漏后的隆起屈曲,提升管道运行期的安全,并可用于管道泄漏事故原因评估。     

考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲临界应变预测

为了正确评估管道弯曲屈曲的临界应变,在考虑变形硬化对管道塑性弯曲的影响的基础上,对基于截面椭圆化模型的管道塑性弯曲屈曲的临界应变评估方法进行改进,提出一个考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲的临界应变预测方法。其中,管道材料的应变硬化属于Hollomon类型。此外,使用文献中的测试数据对所提出的表达式进行了检验。结果表明,所提出的预测表达式能够合理地揭示应变硬化行为对管道塑性弯曲时临界屈曲应变的影响,为预防管道弯曲屈曲导致的基于强度的管道设计失效提供帮助。     

冻土区管道上浮屈曲临界载荷试验研究

进行了管道上浮屈曲模拟试验方法研究,制作了管道上浮屈曲临界载荷试验装置,模拟了多种影响管道上浮屈曲的因素,测试管道轴向屈曲临界载荷,为研究管道上浮屈曲临界载荷提供试验依据。初步试验结果表明,管道上浮屈曲临界轴向载荷随着管道外径的增大而增大,随土壤冻胀量的增大而减小,随着管道下方冻胀长度的增大先增大后减小。     

超大管径海底管道长距离登陆拖拉技术研究

针对超大管径海底管道长距离登陆拖拉技术,分别从安装方法、计算分析、数值修正等方面进行了研究。对大管径海底管道长距离拖拉与常规海管拖拉进行比较,重点分析了设计及施工中的难点,并在施工方法及设计原理上提出了解决措施。对于混合拖拉法,采用有限元方法对管道拖拉过程中的局部弯曲形变及屈曲校核进行了数值模拟和分析,有效规避了拖拉过程中弯曲变形对海管局部屈曲产生的不利影响。针对超大管径管道在DNV规范中的适用性进行了研究,并对DNV所推荐校核方法进行了修正。为超大管径海底管道长距离登陆拖拉的设计及施工提供技术支持。     

深水海底管道的抗压溃屈曲性能试验研究

为了明确深水海底管道的抗深水压溃性能,防止管道发生压溃屈曲及屈曲扩展破坏,采用有限元模拟及实物管件外压测试试验的方法,对开发的X70钢级Φ914 mm×36.5 mm规格深海用厚壁直缝埋弧焊接钢管管件在35 MPa均布外压载荷下的抗深水压溃屈曲性能进行了试验研究。深海高压模拟试验舱外压测试试验表明,管件在不承受内压的条件下,最大外压加载至35 MPa,并保压15 min,管件无失稳、凹陷或压溃现象,管件的变形属于弹性变形。研究结果表明,试验管件的强度能够承受35 MPa的静态外压载荷,具备抵抗相当于3 500 m水深的海底管道的压溃屈曲能力。     

深水海底管道屈曲试验数据采集技术研究

为了观察深水海底管道屈曲试验过程中管道的屈曲进程和测量管道在屈曲变形过程中的应变,设计和完善了一种适用于深海海底管道屈曲试验数据采集的工艺流程和方法。数据采集工作的重点是保护应变片并使其在模拟深海环境中能够正确输出试验数据,同时可以实时监控试验压力等数据。试验结果表明：研制出的深水海底管道屈曲试验数据采集技术和方法可行、有效。     

隆起屈曲对海底管道近岸段设计的影响

针对隆起屈曲对于海底管道近岸段设计的影响,结合规范要求和工程实际情况,分别从海床环境特点、分析方法、施工要求等方面介绍海底管道隆起屈曲设计在近岸区域的特点。介绍近岸段设计中隆起屈曲与管道坐底稳定性、冲刷、渔业保护等其他风险的相互影响。详细论述近岸段海底管道隆起屈曲评估时需要重点关注的工程影响因素及相应的工程解决措施。结合近岸段施工特点,基于管道隆起屈曲保护的要求对不同的近岸段挖沟方式进行比较,提出针对施工阶段管道隆起屈曲保护的相关建议。     

长输油气海底管线侧向屈曲蛇形铺设布置方法

长输油气海底管线在温度和内压的作用下,可能会发生多个侧向屈曲,因此有必要建立合理的控制方案,保证管道安全,控制项目投资。对于蛇形铺设方案而言,确定最大允许锚固点长度(VAS)和蛇形铺设间距及长度范围是优化布置的关键。根据理论结果,给出了VAS的初步估算方法。同时结合有限元直管和曲管模型分析,提出最优蛇形布置方案的确定方法。所述方法可为海底管线工程中侧向屈曲控制优化提供参考。     

直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型研究

采用有限元法对直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解，对钻柱螺旋屈曲准静态加载模型的合理性进行了理论验证，证明了钻柱螺旋屈曲准静态加载问题和特征值问题，力学模型中考虑了钻柱的重力，摒弃了传统分析中的小位移假设。研究表明，钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程；钻柱屈曲位移的幅值随轴向载荷的增大而增大；钻柱的屈曲位移、弯矩和井壁约束力线密度都呈周期性变化；将钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的；采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

CRA冶金复合海底管道整体屈曲大应变腐蚀疲劳设计

针对高温高压、高含硫、强酸性环境中发生大应变整体屈曲的耐腐蚀合金（Corrosion Resistant Alloy,CRA）冶金复合管道,通过酸性环境腐蚀疲劳试验建立CRA冶金复合管道酸性介质环境耐久性疲劳折减因数和疲劳裂纹扩展速率Paris公式,用于海底管道循环屈曲情况下的大应变腐蚀疲劳设计,包括S-N疲劳校核及基于断裂力学的裂纹扩展疲劳校核,即ECA评估。通过ECA评估确立适用于本项目CRA冶金复合管道环焊缝全自动超声波检测（Automatic Ultrosonic Testing,AUT）的验收标准,可为类似项目提供借鉴。