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。     

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。     

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。     

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。     

基于灰色关联度法的管道临界屈曲应变影响因素分析

在基于应变的管道设计方法中,临界屈曲应变是一个重要指标。对现有文献和标准中临界屈曲应变预测公式的不足做了分析说明。根据现有的临界屈曲应变试验数据,对影响临界屈曲应变的主要因素进行了分析,采用灰色关联度法对4个影响因素进行了定量计算和排序,提出了对现有临界屈曲应变预测公式的改进建议。     

基于量纲分析的管道临界屈曲应变准则研究

管道的局部屈曲通常被认为是一种失效,在基于应变的管道设计方法中,临界屈曲应变是一个重要指标。针对现有公式的不足,分析了临界屈曲应变的主要影响因素,采用量纲分析法,利用收集到的试验数据拟合建立了新的临界屈曲应变预测公式。与现有临界屈曲应变公式计算结果相比,该公式具有较高的预测精度。     

落石冲击载荷下埋地油气管道力学分析

落石冲击会对埋地油气管道造成巨大损害,严重影响管道安全运营。利用有限元软件,建立落石冲击埋地油气管道的数值计算模型,模拟了落石冲击埋地管道的过程。通过改变落石冲击速度、管道壁厚及管道埋深参数,分析了相关参数变化时管道的力学变化规律,得到以下结论:埋地管道会在落石的冲击作用下形成凹陷,管壁应力迅速增大,管壁屈曲后应变迅速增大;管道应力、应变以及凹陷顶点的速度极值点会随着落石速度的增大而增大,随着管道壁厚、管道埋深的增大而减小;管道屈曲时,其应力会发生波动,同时应变增加更明显,凹陷顶点速度会有二次回升现象。研究结果对管道的安全运营具有一定的指导意义。     

基于ABAQUS的隔水导管横向变形与弯矩分析

隔水导管在恶劣的海况条件下,局部会产生较大的横向变形与弯矩。基于ABAQUS有限元软件分析了海风、海流及波浪对隔水导管横向变形与弯矩的影响。结果表明:隔水导管横向变形与弯矩几乎不随风速的增加而发生变化;随着海流速度的增加,隔水导管横向变形与弯矩增大,最大横向变形出现在隔水导管的中间位置,最大弯矩处于隔水导管的1/3处;随着浪高的增加,隔水导管上部分的横向变形与弯矩随之增大,下部分的横向变形与弯矩呈先增大后减小的趋势,最大的横向变形出现在隔水导管的中间位置,最大弯矩处于隔水导管的1/3处,其位置随浪高增大而向上偏移。研究结果可为隔水导管的变形和弯矩失效分析提供理论依据。     

海底油气管道维修夹具密封能力影响参数

针对影响夹具密封能力的相关因素开展分析。影响夹具周向密封能力的因素包括密封圈与管道间距离、摩擦因数、分割环与管道间距离。影响夹具轴向密封能力的因素为摩擦因数。基于夹具密封结构,利用有限元软件Abaqus对影响密封能力的因素开展有限元建模及模拟计算,并对模拟计算结果开展分析。摩擦因数、分隔圈与管道间距离、密封圈与管道间距离的增大不利于增强夹具的周向密封能力,设计时可适当减小相关参数。摩擦因数对夹具的轴向密封能力基本没有影响,设计时可忽略摩擦因数对轴向密封的影响。所开展的工作能够为后续海底油气管道夹具密封结构设计和应用提供有益指导。     

非黏结柔性立管骨架层摩擦损失研究

随着海洋油气资源不断开发,非黏结柔性立管的应用也越来越广泛。当水面上吊装柔性立管的船舶发生不规则运动时,连接在船舶下部的柔性立管会承受变化的轴向载荷。骨架层作为非黏结柔性立管最内层结构,由于其几何形状的特殊性,在外载荷作用下相邻表面会出现接触从而引起摩擦。鉴于此,针对骨架层螺旋带结构建立相应的骨架层力学计算模型,对骨架层施加变化的轴向力,借助ABAQUS有限元软件分析骨架层在变化轴向力作用下应力应变和不同情况下的摩擦损失。当摩擦因数在0.15~0.20区间内时,摩擦力做功最大;当摩擦因数大于0.25时,摩擦力做功随着摩擦因数的增加逐渐减小;对骨架层施加径向外压在5 MPa以内时,其外部压力变化对摩擦力做功没有太大影响;摩擦损失因子随着摩擦因数增大而逐渐增大,当摩擦因数大于0.20时,摩擦因数的变化对摩擦损失因子改变影响较小。研究结果可为骨架层端部失效及工程设计制造时的强度计算提供依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海洋管道多点提吊的有限元分析

建立了海洋管道多点提升的有限元模型,考虑了管土作用的非线性和倾斜绳缆对提升的影响,引入了土体吸力的作用,并增加了对绳缆的模拟,运用ANSYS软件对海洋管道多点提吊的各个阶段进行了模拟计算,同时运用实例分析对所建模型进行了验证。分析结果表明,土体吸力对离地点附近管道的弯矩影响较大,对管道变形几乎没有影响;在提吊初期,管道的最大弯矩对土体吸力的大小较为敏感,最大弯矩随土体吸力的增大而增大,随着提吊高度的增加,土体吸力对最大弯矩的影响逐渐消失。     

浮拖法铺设海底管道接头处破坏机理研究

基于浮拖法铺设海底管道接头处全寿命期受力条件,开展有限元数值仿真模拟。给出了存在焊接错边缺陷情况下管道接头处典型的局部屈曲变形模式,分析了循环加载对临界屈曲荷载的影响,并对多种因素进行了参数分析。     

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。