埋地管道在地震载荷作用下的动力响应分析

在建立地震载荷作用下埋地管道数学模型的基础上,建立了管道和土壤相互作用的有限元模型,并以某一Ⅶ级近源地震载荷作用下的某埋地管道为例,做了轴向(x)和横向(y)激励的动力响应分析。得出如下结论:(1)埋地管道的轴向位移响应远远大于横向位移响应,管道的横向位移响应幅值基本不变,而轴向位移响应变化较大;(2)管道在考虑土壤作用下的位移响应要比不考虑土壤作用下位移响应大,这是由于土壤柔性的原因;(3)埋地管道工程施工时,要尽可能地把管道安置在土壤相对密实的区域,以减少由于地震带来的危害。     

爆炸载荷对埋地输气管道的动力响应和极限载荷分析

定量分析临近管道爆破对埋地输气管道产生的动力响应有助于合理制定输气管道的安全保护措施。利用LS-DYNA 3D有限元程序,根据准静定理论计算爆腔半径,在爆腔内壁施加压力时程,建立了爆腔-岩土介质-输气管道动力相互作用模型,基于多种工况下的数值模拟分析,探讨了埋地输气管道动态响应过程中管道质点速度和动应力峰值分别和装药量、爆心距的关系,以两倍弹性斜率准则确定管道在特定工况下的极限载荷,进一步建立了装药量和施工安全距离的经验关系式,此式可以作为输气管道在近距离爆破施工条件下的破坏判据。该模型为埋地输气管道在第三方荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,对埋地输气管道的设计、施工和完整性管理具有一定的参考价值。     

落石冲击载荷作用下大口径埋地管道应变规律研究

针对大口径薄壁埋地管道在冲击载荷作用下易发生弯曲失效的问题,基于管土耦合分析模型,采用有限元数值仿真技术模拟了冲击载荷作用下埋地管道的动态响应,分析了大口径薄壁管的截面椭圆化变形与应变分布,以应变准则为依据校核管道安全性。在此基础上,探讨了管道埋深、径厚比、冲击载荷、管沟填充土等工程参数对管道应变的影响规律。研究表明,增大管道埋深,提高管道径厚比,减小落石冲击速度,回填土采用粘性较大的软质土等能够减小管道应变,研究所得规律对于大口径薄壁管道抗灾设计与防治措施制定有指导意义。     

高落差埋地X80含腐蚀缺陷管道地震响应研究

由于我国西南地区山脉连绵,存在大量高落差埋地输气管道,并且随着服役年限延长也会出现不同程度的腐蚀。同时山区高落差埋地含腐蚀管道在地震作用下受力复杂,而目前难以通过实地监测或者在试验中完成其地震响应研究。为此,基于西南地区某一典型高落差埋地X80管道的实际工况,建立了地震作用下高落差埋地含腐蚀X80管道有限元模型,探讨了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀长度对高落差埋地含腐蚀管道地震动力响应的影响规律。研究结果表明：在地震波和内压的加载下,腐蚀深度的增加会使最大等效应力呈线性向上增加趋势,而内压和敷设角度会影响管道发生腐蚀后的初始应力值;最大等效应力随腐蚀长度的增大而增大,当敷设角度为60°时,腐蚀长度超过0.3D(D为管道外径)后,敷设角度对管道最大等效应力的影响超过了腐蚀长度;最大等效应力随腐蚀宽度的增大而减小;通过参数敏感性分析得出,腐蚀深度对地震作用下高落差埋地管道最大等效应力影响最大(占比为0.71),其次为腐蚀长度(占比为0.27),腐蚀宽度影响最小(占比为0.02)。在天然气管道设计和施工阶段,应避免敷设角度大于45°,对于在役管段出现腐蚀处应重点监测其腐蚀深度。所得结论可为山区长输...     

埋地输气管道腐蚀失效故障树分析

腐蚀是引起埋地输气管道泄漏和破裂的主要因素。针对引起埋地输气管道腐蚀失效的各个因素进行系统分析，建立以埋地输气管道腐蚀失效为顶事件的埋地输气管道腐蚀失效故障树，结合管道腐蚀破坏机理和故障树分析方法，分析导致管道腐蚀产生的因素，得到故障树的各阶最小割集和引起埋地输气管道发生腐蚀失效的主要因素，并提出了相应的措施以提高埋地输气管道的可靠性。     

车辆载荷作用下大口径埋地钢管力学性状分析

为了研究大口径埋地钢管在车辆载荷作用下的力学特性,利用ANSYS有限元软件建立车辆-道路-管道耦合系统的三维有限元模型,模拟车辆在行驶过程中埋地管道位移和应力随时间变化的规律,定性分析车速、车辆轮压和车辆载荷作用位置等因素对管道力学性状的影响,并对比讨论了车辆载以静载荷和动载荷两种不同方式加载时对管道产生的不同影响。研究表明,管道位移和应力随着车速增加而减小,随着轮压增大而增大,因此应避免车辆低速超载的情况。该研究可为车辆载荷作用下埋地管道的设计与防护提供理论参考。     

冲击载荷作用下埋地长输管道动力响应研究

由于土体的离散性较大,所以从理论上求解埋地管道在冲击载荷作用下的动力响应比较困难,且目前国内外关于埋地长输管道的试验研究也比较缺乏。鉴于此,从试验测试和数值模拟两方面出发,通过制作土箱-管道缩尺模型,进行埋地管道的冲击载荷试验,分析了埋地管道振动加速度的传播规律和应力应变分布情况。研究结果表明:随着距振源距离的增加,管道竖向方向振动加速度逐渐减小;通过试验研究和有限元数值模拟,可以得到在冲击载荷作用下管道竖向方向的振动加速度沿水平方向传播的近似关系式;在冲击载荷作用下,随着冲击高度的增加,管道应变峰值逐渐增大,且管道中部区域应变峰值最大,管道上、下表面应变呈反对称,沿管道两端方向,管道应变峰值逐渐减小;冲击载荷作用下埋地管道动力响应的有限元模拟结果与试验结果很接近。研究结果可为复杂工况下埋地管道抗冲击设计规范的制订提供参考。     

跨断层埋地输气管道有限元模型建立与分析

利用ANSYS软件建立了跨断层埋地管道有限元模型,将埋地管道及其周围土体作为整体从地球半无限空间中取出,引入SHELL 281单元和SOLID 45单元分别对管道和土体进行离散,将管道模拟为薄壁中空圆柱结构,土体模拟为均匀实体介质。在保证计算精度的前提下,结合实际情况,基于状态非线性理论,建立了管土非线性接触模型,模拟管道和土体的滑移、分离和闭合现象;采用有限元技术分析了埋地管道与周围土体在断层错动下的相互影响,确定了模型的有效计算区域;进而提出了跨断层埋地输气管道三维多重非线性有限元数值计算模型。用所建模型及规范中方法分别对工程实例进行计算,并将所得结果进行对比分析,证明所建模型的合理性和准确性。     

挖掘载荷作用下埋地RTP管道的有限元分析

为分析挖掘荷载作用在管道上所造成的后果,采用ABAQUS非线性有限元软件的耦合欧拉-拉格朗日法(CEL),对承受挖掘载荷作用的钢丝缠绕增强塑料复合管(RTP)进行有限元三维建模。土壤本构关系选用Mohr-Coulomb模型,分别从挖掘载荷未直接作用和直接作用在RTP管上进行分析,在挖掘载荷直接作用下RTP管各层材料发生屈服、断裂,管道结构发生变形、破裂,即RTP管强度失效。分析结果为采取相应的有效保护措施提供了依据。     

跨断层埋地输气管道应变计算方法研究

为了既能节省时间,又能使计算较好地体现跨断层管道的真实反应,基于所建力学模型,分别对正断层和逆断层作用下埋地输气管道的反应进行分析研究,采用非线性拟合和线性拟合两种方法,对管径、壁厚、管道埋深、管材特性、穿越角、土体内聚力以及管道内压等不同参数进行无量纲修正,同时考虑管道发生塑性应变集中以及管道发生屈曲的情况,提出适用于工程设计的计算埋地输气管道最大应变值的简化计算公式。通过实例对不同计算方法进行了分析比较,计算结果验证了简化计算公式的合理性,进一步证明当断层错动量较大时,采用土弹簧模型对管土作用进行模拟所得到的结果偏不安全。     

埋地天然气管道地震反应数值模拟分析

油气管道是国家工业生产、人民生活的重要能源设施,一旦遭遇地震破坏将造成重大危害与损失,如何提高油气管道的抗震能力尤为重要。利用大型通用有限元软件ANSYS10.0模拟分析天然气管道在仅有内压情况下的地震动力反应。结果表明:不同埋土条件对管道地震反应影响很大,管道内压、管径等对其影响较小。研究成果为埋地天然气管道的抗震研究提供依据。     

爆炸冲击作用下埋地并行输气管道的动力响应

天然气泄漏爆炸已成为埋地输气管道主要的极端灾害。选取TNT当量法作为输气管道小孔泄漏致爆的估算模型,适当选取材料本构模型,采用任意拉格朗日-欧拉方法 (ALE),在验证模型精度的基础上,建立了埋地输气管道-土壤-炸药耦合的三维实体模型,分析了埋地输气管道动力响应(等效应力、位移)与爆心距和炸药量之间的关系。研究结果表明:ALE法可较好地描述球形爆炸波在土中的传播规律,且可形象展示爆炸空腔及地表土丘的宏观演化过程;在爆心距为205 cm时,应力随着药量的增大而增大,管体的抗爆极限药量为58. 4 kg;应力与位移均随着装药量的增大或爆心距的减小而增大; X向位移、迎爆点及背爆点的Y向位移随着时间的变化先增大后减小,管顶的Y向位移则呈现先增大后减小的二次震荡,管底的位移近似呈正弦规律变化;基于应变的失效判据与应力的失效判据评定结果存在偏差,应力评定结果相对偏保守。所得结论可为并行输气管道的安全评估提供参考。     

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。     

埋地输气管道穿孔泄漏扩散浓度的数值模拟

基于有限容积法,建立输气管道泄漏扩散模型。以天然气管道为例分析了管道穿孔泄漏的原因,并进行数值模拟,得出了不同时刻模拟区域内天然气云团的扩散特性,给出了不同时刻爆炸浓度范围。结果表明：埋地天然气管道泄漏后,随着扩散时间的增加,近地面附近区域受气体危险浓度作用时间较长,影响程度较大。该成果为管道安全抢修提供理论指导,也说明应用数值方法模拟埋地燃气管道泄漏扩散规律是可行的。     

地震波动下悬空管道的动力响应分析

在分析管道振动原因和控制指标的基础上,采用ABAQUS有限元软件对悬空管道进行了模态分析,并以模态分析为基础,采取谱分析方法对悬空管道进行了动力响应分析。以兰成渝兰州段某段悬空管道为对象,分析了7级和8级罕见地震作用下管道的最大应力和位移。分析结果表明,8级地震作用下管道的最大应力和位移为7级地震的2.2倍,不同烈度下管道的横向位移和应力响应要远远大于轴向位移和应力响应;对于大多数悬空管道,地震造成的影响较小,在工程安全判定中地震的影响作验证即可。最后就管道的不同部位,提出了几点防震措施。     

埋地原油管道稳态泄漏数值模拟

埋地管道泄漏常发生在地面以下,因此准确预测管道泄漏的污染范围和泄漏量可以为后期制定应急抢险方案提供理论支撑,也是建立科学高效的应急管理平台的关键。目前针对输送压力对原油泄漏扩散范围的相关研究报道还不多见。鉴于此,以埋地原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学方法,建立了埋地原油管道稳态泄漏三维物理模型和数学模型。利用FLUENT软件模拟了输送压力为4、8和12 MPa下原油在土壤中的泄漏扩散分布范围和速度场。模拟结果表明:三种压力条件下,原油在土壤中的运移趋势相同,泄漏初期为苹果状,逐步发展为灯泡状,最后呈现花瓶状;扩散范围随着输送压力的增大而增大,管道输送压力从4 MPa提升至8 MPa和12 MPa,扩散距离平均提升22%和38%,但泄漏扩散范围的增速逐渐放缓;原油在非饱和区的纵向扩散能力强于横向扩散能力,平均纵向扩散深度是横向扩散宽度的144%。研究结果可为埋地原油管道制定应急抢险方案提供理论支撑。     

悬空长输管道地震反应模拟分析

为研究悬空长输管道在地震载荷作用下的动力响应,利用大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。综合分析了地震载荷作用下悬空管道的应力状况和变形特征,同时考察了悬空长度、土壤参数和管径大小以及管壁厚度等参数对悬空管道动力响应的影响。研究结果表明:管道壁厚、悬空长度、土壤参数和管径大小都会对埋地管道的地震反应产生较大影响,其中管径的影响最大;在一定的管径范围内,随着管径的增大,峰值应力及峰值位移会逐渐减小,当到达临界值后,峰值应力会随管径增大而增大。研究成果为悬空长输管道的设计、安全维护及科学管理提供了参考依据。