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。     

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。     

埋地管道的应力分析

本文用ANSYS软件的管单元来建立管道的有限元分析模型，并用ANSYS软件提供的弹簧单元来模拟土壤对埋地管道竖向和横向的作用。通过一具体算例的分析，本文所得结果与相关文献的结果基本一致，表明本文的分析过程是正确的，用弹簧来模拟土壤对管道的作用是可行的。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响.并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及美国机械工程师学会标准ASME B31G计算的结果进行对比,证明采用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

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。     

复合材料缠绕修复管道的应力分析

非金属缠绕管道修复是在役管道受损后的一种主要修复方式,对于保障油气管道的平稳安全运行具有十分重要的意义。基于组合薄壁圆筒的力学分析理论,推导出了管道修复厚度的计算公式,并考虑缠绕材料的各向异性建立了缠绕修复管道的有限元分析模型。分析结果表明,缠绕层对附近管体的应力状态影响不大,只要修复厚度和修复长度合适,就能够完全恢复管道的承压能力。缠绕层在管道缺陷区域屈服以后能起到明显的承载作用。增大缠绕层厚度,可降低管道和缠绕层中的环向应力;而当缠绕层厚度小于最小修复厚度时,即使加大修复长度也无法完全恢复管道的承压能力。最后,对基于有限元法和解析方法得到的缠绕层厚度和长度进行了对比,结果表明,缠绕层厚度的计算公式偏于安全,可用于管道修复缠绕层的设计计算。     

CAESARⅡ软件用于直埋供热管道的应力分析

国内对直埋供热管道的应力计算主要依据CJJ/T 81-1998《城镇直埋供热管道工程技术规程》进行,应用该技术规程进行计算比较繁琐.文章介绍了采用CAESARⅡ软件对直埋供热管道进行应力分析的原理及方法,讨论了计算过程中应注意的事项,并通过具体实例介绍了如何进行计算及计算参数的选取等.采用该软件进行应力分析,其计算界面实现可视化,计算过程简单,可极大地提高工作效率.     

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。     

含蚀坑缺陷压力管道极限载荷预测分析

为评价含蚀坑缺陷压力管道极限载荷,基于CT扫描三维几何重构实体化几何模型建模方法,结合损伤力学分析方法,提出了基于CT扫描三维几何重构含蚀坑缺陷压力管道扩展有限元分析方法,即基于数字孪生的含蚀坑缺陷压力管道极限承载能力图像有限元分析方法,采用理论计算对该方法进行了准确性和可靠性验证。研究结果表明,重构模型与真实模型的几何结构参数最大误差不超过2.75%,证明重构方法在管道检测上是几何精确的,重构模型可用于工程计算;扩展有限元计算结果与DNV-RP-F101—2004、 PCORRC两种方法所得结果基本吻合,最大误差分别为8.877%和15.846%,证明基于扩展有限元方法的管道承载力预测方法可以满足工程应用需要。     

坍塌作用下埋地管道数值分析

为了更好地分析土层坍塌下埋地管道的破坏特征,对坍塌段土层采用实体方式建模,以自身重力作用沿竖向自由落下模拟坍塌,通过有限元软件ADINA,研究了动力分析法和静力分析法对管道响应的影响,以及土体坍塌段长度、宽度及管道壁厚对管道造成的影响。研究结果表明,管道的位移、应力、应变随着坍塌段长度及宽度的增加而增大,随着壁厚的增大而减小,管道薄弱位置为坍塌段与土体断开处。因此,在管道工程设计中应选择管壁较厚的管道,根据不同工况,评估管道所能够承受的土体坍塌长度和宽度,加强薄弱位置的防护措施。该研究可为坍塌作用下埋地管道工程设计提供参考。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

本文利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响。并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASME B31G计算的结果进行对比。     

大直径埋地管道应力应变有限元分析与计算

利用通用分析软件ABAQUS,应用“生死单元” 技术,模拟了基坑开挖、填埋过程对Φ1 620 mm×20 mm大直径埋地管线应力应变的影响。通过对不同埋深管体应力应变的有限元分析,得出施加内压2.5 MPa,埋深8 m时,管体受到的等效应力最大（130 MPa）,未超过材料的屈服强度,管体并未发生塑性变形,管体横向最大位移为2.47 mm。通过理论计算校核,埋深8 m时,管体水平方面最大变形量为12.5 mm,远小于标准规定的48.6 mm,管体径向稳定性可靠。     

基于有限元法对爆破试验预测埋地管道极限载荷的准确性分析

依据工程中常采用的两种预测管道极限载荷的全尺寸爆破试验（按照密封方式的不同分为管道两端加封头和管道两端密封处理）与实际埋地管道的工作条件不相符的问题,对爆破试验预测结果的准确性提出了质疑。为此,采用有限元方法对爆破试验预测结果的准确性进行验证。首先收集了X80、X100高强度钢腐蚀管道的爆破试验数据,通过试验数据与有限元计算结果对比的方法确定出适用于高强度钢管道的失效判据;基于该失效判据,计算出管道在两种爆破试验和埋地等３种工况下的极限载荷,并进行了对比分析。结果表明：采用两种爆破试验预测高强度埋地管道极限载荷的误差均低于5%,其中采用加封头的爆破试验预测埋地管道极限载荷的误差为2.06%,建议采用。该研究结果为预测埋地管道的极限载荷提供了理论依据,对于实际工程应用以及管道选材具有重要价值。     

均匀载荷作用下割缝筛管的应力分析研究

割缝筛管是采油防砂的一种重要的器材,但是研究表明,分布在割缝筛管上的割缝对其应力分布有很大的影响,所以确定不同参数下割缝筛管的应力的变化趋势是合理设计割缝管的重要依据。文章采用有限元法建立割缝 筛管的三维有限元力学模型,以CATIA为软件平台,对钢级为N80的石油割缝筛管进行有限元数值计算分析。结果表明,在缝数、缝长和缝间距一定的情况下,随着缝宽的增加,对应力分布没有明显的影响;在缝长、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝数的增加,应力分布趋于均匀,且逐渐减小;在缝数、缝宽和缝间距一定的情况下,随着缝长的增加,应力由均匀分布趋向应力集中,并逐渐增大。研究结果为合理地选择割缝筛管的设计参数,提高其使用寿命提供了一定的理论依据。
     

埋地悬空管道的应力分析及计算

埋地管道由于受到各种潜在地质灾害的威胁,可能导致管道下方土层塌陷或流失,使管道处于悬空状态,引起管道失效,给管道运行带来安全隐患,并伴随带来严重的经济损失和人员伤亡。本研究基于Winkler线性理论,建立管-土相互作用力学模型,应用ABAQUS有限元分析软件得到悬空管道上的应力分布,分析得出管道达到屈服阶段时管道的悬空长度。计算结果表明:该材质管道在悬空长度达到160 m时,接近于屈服阶段。     

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。     

埋地管道在冻土带的热力变形分析

埋地油气管道通过永冻土地带时,由于管内介质与周围的冻土发生了热力作用,使冰土解冻,在管道周围形成融化圈。文章分析了永冻土的特点,建立了永冻土地带土壤传热数学模型:融化圈内外传热方程、管道向土壤和土壤表面向大气所放热量的守恒关系、融化圈界面处土壤温度、相变界面处固相变为液相的传热条件。还建立了埋地管道模型,并以穿过永冻土地带土壤的输油管道为例,分析并计算了各种应力的最大值所在的位置和大小,提出了在永冻土地带减小管道热力变形的措施。     

压弯载荷下底部减薄三通塑性极限载荷分析

采用有限元分析软件ANSYS,对常见等径三通进行数值模拟分析,求得内压与弯矩联合作用下的塑性极限载荷有限元解;研究了不同比例内压、面外弯矩联合载荷作用下,底部减薄尺寸对三通失效模式和极限承载能力的影响。研究结果表明,无量纲化的底部减薄深度c≥0.4时,缺陷的存在才会对三通极限承载能力有显著影响。内压较大时,轴向减薄尺寸是造成底部塑性失效的主要因素。通过对大量算例的拟合,提出了压弯联合载荷作用下含底部减薄三通的塑性极限载荷工程估算公式。     

Kohonen神经网络方法在埋地管道防护层检测中的应用

利用恒电流瞬态响应和小幅度正弦电流激励技术对埋地管道防护层进行现场测试 ,建立了Kohonen神经网络方法评价防护层状态的适合于现场检测的智能模型 ,对恒电流瞬态响应以多分辨分析方法滤除噪声后 ,按指数形式提取特征向量作为神经网络输入 ,对于小幅度正弦电流激励技术以幅值比作神经网络输入 ,对埋地模拟管道及大港油田港沧输气管线管道防护层状态进行了检测和判断 ,验证了方法的准确性     

带圆角矩形压力管道有限元应力分析

以某TRT进口带圆角长矩形压力管道为例,运用有限元软件ANSYS建立了三维有限元模型,研究了带圆角矩形压力管道的应力分布特点。按照分析设计规范对其进行了强度评定,针对应力分布的不合理性提出了结构改进措施,对不同的加强方法进行了对比分析,为矩形压力管道的设计计算和工程应用提供参考。