外压作用深海夹层管复合结构屈曲失稳分析

为研究深海夹层管在高静水压力作用下的屈曲失稳性能,运用有限元软件ABAQUS建立夹层管复合结构在外压作用下的数值模型,通过广泛的参数化分析,系统地阐述了外管初始几何缺陷、内外管径厚比、夹芯层厚度和材料特性、钢管屈服强度和应变硬化特性等因素对夹层管屈曲失稳的影响机理.结果表明:与单层管相比,外管初始几何缺陷对夹层管屈曲失稳压力影响较小,外管径厚比越大,夹层管屈曲失稳压力越小,屈曲失稳前的变形能力越强;内管径厚比越大,夹层管屈曲失稳压力也越小,但屈曲失稳前的变形能力却越弱;夹芯层厚度、夹芯层及内外管材料特性对夹层管屈曲失稳性能影响较为显著.     

高静水压力作用下深海油气管道的局部屈曲

以有初始缺陷的厚壁钢管为研究对象,开展外部高静水压力作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析. 通过在压力缸内泵入水的方式对钢管试件施加均匀外部压力,测得钢管发生局部屈曲时的压力峰值. 基于ABAQUS软件,数值模拟分析试验钢管在静水压力作用下的屈曲和后屈曲行为,得到钢管的失稳压力和屈曲后的形态,与试验结果相比吻合较好. 利用建立的数值模拟方法,分析不同材料性能、径厚比和初始椭圆率对钢质管道屈曲的影响. 结果表明：材料硬化系数较大的管道,失稳压力较大;随着初始椭圆率的增加,管道的失稳压力显著减小;对于深水或超深水油气管道的屈曲失稳压力,国外规范的计算公式偏保守,而且不能解释不同材料硬化系数的影响.     

薄壁外压容器临界失稳强度可靠度的研究

应用数理统计方法,对钢制薄壁外压球形封头临界失稳强度进行分析.基于临界失稳强度随机-载荷随机模型,以按我国标准设计与制造的钢制薄壁外压容器为研究对象,讨论了其临界失稳强度的可靠度.研究表明:1)薄壁外压球形封头临界失稳强度的实测值与理论预测值之比,是基本符合正态分布的随机变量.2)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在保持外压差的外压试验时不小于0.933 81但不大于0.999 999 951 7,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 986 7但不大于0.999 999 998 217.3)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在正常操作时不小于0.933 54但不大于0.999 999 951,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 997 72但不大于0.999 999 995 53.     

管件外压成形的数值模拟及屈曲特征分析

对采用液体介质在管坯外部施加压力,使坯料横截面缩小并成形到置于其内部的芯模上的外压成形方法进行了有限元数值模拟研究.分析了影响管件屈曲变形特征和成形过程的主要因素.研究表明:随着管坯长度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力降低;随着管坯厚度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力升高;带有一定不圆缺陷的管坯的临界屈曲压力与理想管坯相比降低很多,但在成形后期对壁厚和成形效果无明显影响.     

腐蚀管道的破坏压力预测

采用插值法计算具有复杂腐蚀形状管道的破坏压力，这一方法根据腐蚀管道破坏压力的上限和下限，并且考虑了腐蚀缺陷的具体形状和相邻缺陷之间的相互作用，同时介绍了插值系数的计算方法。     

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ASME B31G计算的结果进行对比,证明有限元方法在分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

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ASMEB31G计算的结果进行对比,证明有限元方法在分析腐蚀缺陷管道的可行性．     

外腐蚀管道剩余寿命的有限元分析

预测油气管道的剩余寿命, 对避免管道泄漏事故的发生和节省维修费用具有重要意义。针对国内某成品油管道开挖点处的两个腐蚀缺陷, 基于有限元分析方法, 建立了管道椭球形缺陷的三维有限元结构模型。以管道实测缺陷尺寸为依据, 在已知腐蚀速率的情况下, 采用非线性分析技术对腐蚀管道进行了应力分析, 依据塑性极 限状态失效准则预测了管道的剩余寿命。结果表明, 两个腐蚀缺陷的剩余寿命分别为8a和1 3a, 预测结果可为管道的维护维修提供理论依据。     

腐蚀管道剩余强度评价的基本方法

管道在长期的运行中不可避免会出现腐蚀，腐蚀缺陷的破裂是管道的主要失效形式。根据腐蚀管道的缺陷形貌将腐蚀分为均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀。采用双剪应力准则分析了腐蚀缺陷管道剩余强度的塑性极限承载能力，所建立的模型考虑了管道现场条件和室内爆破实验条件的差异，并提出了均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀管道剩余强度的分级评价方法和步骤，评价的精确性、评价所需数据资料的多少、评价人员的技能和完成评价分析的复杂性随级度的提高而增加。根据加拿大NOVA公司的爆破实验结果，可以验证该方法比美国ASME B31G和API579所推荐的方法更为接近于工程实际。     

考虑腐蚀作用的钢框架结构连续性倒塌分析

为研究大气环境长期作用下钢框架结构的抗连续性倒塌性能,建立钢结构时变腐蚀模型预测构件截面面积和力学性能随服役时间的退化情况,并以一栋处于Ⅲ级大气腐蚀环境中的多层钢框架建筑为研究对象,在服役期内的不同阶段对其进行Pushdown分析。将塑性荷载系数、极限荷载系数和最大竖向位移作为结构抗倒塌能力的评价指标,通过灵敏度分析得到不同材料参数对各指标的影响情况,并基于回归分析拟合评价指标随体积损失率的退化规律。结果表明：腐蚀会导致钢框架的承载力和延性发生退化,其中延性的劣化更加明显;承载力指标的退化主要归因于材料强度的降低和构件截面面积的减少,延性指标的退化主要与材料断裂应变的减小有关;评价指标与结构体积损失率之间有较强的线性关系,可基于此对其退化情况进行定性预测。     

外压容器稳定性的可靠性分析

利用可靠性分析方法.对外压容器进行了可靠度的分析讨论,并给出了计算实例.为外压容器的设计及失效分析提供了理论依据.     

Study on design pressure of in-service welding pipes

During in-service welding, there is no need to halt transportation of media in the pipes or facilities. It can be widely used in hot tapping and maintenance of facilities which were corroded or damaged, as discussed in refs. [1, 2]. There are two main difficulties confronting with in-service welding. One is burn-through, the other is hydrogen induced cracking (HIC). The localized heating during welding causes loss of material strength. Thus the pipe may burst under internal pressure if the r…     

基于ADINA的压力管道流固耦合分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动.对压力管道的流固耦合现象进行分析,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ADINA模拟阀门开关引起的过渡过程,对直管压力管道在不同约束条件下的流固耦合现象进行了数值模拟计算,并进行了模态分析.计算结果表明流固耦合作用对压力管道系统的运行有重大影响,验证了压力管道考虑流固耦合的必要性.     

钢筋混凝土构件锈蚀开裂与锈胀力分析

为合理确定锈胀力大小及其变化规律,研究混凝土保护层在锈胀作用下的开裂过程,提高混凝土结构使用寿命. 在考虑混凝土材料受拉软化和损伤效应的基础上,通过改变保护层厚度、钢筋直径、混凝土强度等参数,对钢筋锈胀引起的混凝土开裂过程、锈胀力分布和变化过程进行了有限元模拟和分析. 结果表明:均匀锈蚀下钢筋圆周上各处锈胀力分布并不均匀,明显受到内部裂缝的影响;锈胀力在裂缝贯通前达到峰值,之后快速下降最终保持稳定;保护层厚度c和钢筋直径d对锈胀的影响为线性关系,且统一用c/d值表征这两个参数是合理的,c/d值越大保护层完全开裂时的锈胀力和锈蚀率也越大,即延缓了保护层开裂. 基于锈胀力与c/d值的变化关系提出了最大锈胀力公式,并通过试验数据比对验证了最大锈胀力公式的有效性与精度.      

水电站巨型加劲输水钢管外压稳定设计方法研究

应用Mises理论和弹性环外压稳定分析理论,同时考虑结构失稳时材料的塑性影响,分析了大型水电站建设中的巨型加劲输水钢管临界失稳时的外压承载力及失稳形态与管径、壁厚、加劲环形状、尺寸、布置间距及材料力学性能之间的关系。应用本文给出的设计曲线和设计方法,可使管身段和加劲环部位管段获得相同或相近的抗外压失稳能力,又可使钢管在承受外压时的稳定性与材料强度安全协调一致,达到安全与经济的合理统一。     

供水塑料管道漏失模型及相机压力管理应用

为了精确模拟城市供水塑料管道的物理漏失流量,基于塑料材质黏弹性理论中漏口面积随压力延时变化的机制与孔口出流模型,构建与管道材质、管道内压力、漏口面积和时间有关的供水塑料管道漏失模型.仿照经济学领域中的相机调控,提出相机压力管理方法,以选择更合适的调压策略,实现更精细化的压力管理.采用MATLAB编写粒子群优化算法,调用EPANET 2.2压力驱动水力分析功能,求解供水塑料管道漏失模型,得到各时刻减压阀后压力最优设定值,制定相机调压策略.分别使用传统压力管理方案和相机压力管理方案,在南方沿海某小区进行压力管理实验.研究结果表明,在使用相机压力管理方案后,漏损率降幅为56.0%,效果优于传统压力管理方案,验证了基于供水塑料管道漏失模型制定相机压力管理策略的合理性和可行性.     

含沟槽缺陷铜镍合金管爆裂压力计算

为了准确评价铜镍合金管存在沟槽缺陷时的爆裂压力,建立了爆裂压力预测公式,进行了爆裂过程的数值模拟,确定了修正函数,进行了静水压爆破试验。数值模拟与试验结果均表明:DNV标准与数值模拟结果误差随腐蚀深度增加先减小后增大,依靠含缺陷深度参数的修正函数建立的预测公式可以有效预测铜镍合金管爆裂压力,试验证明公式准确性较高;对比爆破试验裂口形貌,管道在仅受内压状况下爆裂过程的数值模拟效果较好;管道在剩余壁厚较薄时表现为塑性断裂,剩余壁厚较厚时表现为脆性断裂。爆裂压力的研究可为科学维修舰船管路提供理论依据,对指导管路状态评估有重要意义。