基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序

由于海流冲刷,海底管线在服役期间会在某些管段形成管跨,管跨的涡激振动是引发海底管线疲劳失效的主要因素之一。基于Visual Basic环境开发海底管跨涡激疲劳分析程序,利用所封装的ANSYS软件建立管土耦合非线性管跨有限元模型,依据Miner线性累积损伤理论,采用S-N曲线法计算管跨在海流作用下的疲劳损伤,并与SHEAR7软件的计算结果进行对比验证,开发的疲劳分析程序具有较高的精度和工程应用价值。     

考虑管土作用海底管线涡激振动分析

将VIVANA模型与梁单元结合建立海底管线悬跨段涡激振动(VIV)数值模型,利用弹簧模拟管土作用,采用频域和时域非线性相结合的方法对涡激振动问题进行求解,计算在土壤非线性边界条件下的海底管线悬跨段涡激振动响应.采用三种不同的弹簧进行计算,弹簧具有不同的P-δ曲线.本文对求解方法的有效性进行考察,研究了土壤非线性对涡激振动的影响.     

双层海底管道悬跨振动特性模拟分析

针对双层海底管道悬跨问题,在充分考虑内外管相互作用的基础上,采用ANSYS软件建立了双层海底管道悬跨振动分析的有限元模型,并对双层管等效成单层管的简化方法及建模方式进行了研究。针对结构非线性、悬跨长度、管土接触长度及海流等因素的影响,对悬跨管线静态及动态响应进行了分析,对影响悬跨管道最大应力位置的因素及变化规律进行了研究,并对双层管与等效单层管的振动特性进行了比较。结果表明:双层管自振频率、跨中静态最大位移量和最大应力的变化对较小管土接触长度敏感,同时由于受悬跨长度和海流速度影响较大,双层管较等效单层管更易引起涡激共振;等效单层管随悬跨长度增大更易发生塑性变形而失效;采用等效单层管替代双层管的方法仅在一定跨长范围内适用。本文研究对双层海底管道悬跨振动特性的研究具有一定的参考意义。     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

海底管线管跨段涡激振动下模糊可靠性评估

针对海底管线管跨的振动特性,与来自于海水运动的水动力载荷均具有模糊性的特点,应用模糊数学理论、系统分析理论和可靠性理论,对管跨段在涡激振动下的模糊可靠性评估方法进行了分析和研究。建立了其模糊可靠性的计算方法和评估模型。     

海底管线管跨的安全可靠性评估

海底管线的管跨在稳定海流的作用下，可能发生涡旋激振。石油大学（北京）海洋石油工程研究室受中国海洋石油总公司的委托，设计了模型实验，以研究管跨涡激振动的规律。文中介绍了该实验研究的概况，并对实验数据进行了分析。其结果表明，管跨的同向涡激振动一般不会对管线系统的正常运行构成威胁，而管跨的横向共振则必须予以消除     

海底管道系统管跨涡激振动疲劳可靠度综合评估方法

考虑海底管道悬空的动态变化情况,并从系统的角度对管跨疲劳风险评估方法进行了研究.选取主要影响因素,运用模糊数学方法确定管跨发生概率,进而提出了一种海底管道系统管跨涡激振动疲劳可靠度的评估方法.该方法综合考虑了各管段管跨发生概率、管跨发生在同一地点的概率、管道最大疲劳损伤发生在同一部位的概率、管跨长度以及定长管跨涡激振动疲劳失效概率等因素.与传统评估方法相比,本文方法评估结果更接近工程实际.     

内输高温高压流体海底悬跨管道的非线性涡激振动响应分析

海底管道内输的高温高压流体会引起管内较大的轴力,从而诱发管道的整体屈曲。发生屈曲的管道凸出海床表面,出现部分管道悬跨的现象,进而在海流的作用下会形成涡激振动现象。本文研究因热屈曲引起初始竖向变形的海底悬跨管道在内外流耦合作用下的涡激振动响应。首先,采用Euler-Bernoulli梁模型来模拟海底管道,通过对管道单元和内部流体单元进行受力分析,建立悬跨管道运动学平衡方程,确定内输高温流体管道的热屈曲平衡状态。然后,在方程中引入尾流振子模型,建立内输高温高压流体管道在内外流作用下的耦合动力学方程,采用Newmark-β方法对离散的涡激振动响应方程进行逐步求解,得到管道时程的振动位移、速度及加速度,确立了有初始变形管道振动的非线性振动时域预报方法。基于该方法进行算例分析,首先对比不同模态下考虑热屈曲和不考虑热屈曲的管道振型,观察热屈曲效应对于不同模态下管道振动形态的影响;通过分析管道振动频率随时间的变化趋势,结合建模过程中刚度矩阵的变化趋势,推导出管道轴力的周期性变化会引起自然频率的周期性变化;改变管道外部流体流速,观察管道振动频率、模态和幅值的变化,分析得出管道从低模态振动转为高阶模态振...     

海底悬空管道的动力响应分析

海底管道在多种因素作用下会出现淘空现象而产生悬空管段。该文针对埕岛油田的海底悬空管道建立了有限元模型和土壤的温克尔模型,并将两者耦合成整体结构的有限元模型,来模拟管跨振动和土壤的液化,寻找海底悬空管道振动的特点和规律,分析特定条件下管道悬空的动力学响应,对合理设计海底管道和指导现役管道的维修提供了较为科学、可靠的依据。     

基于水声的海底管线悬跨涡激振动监测系统的设计与实现

海底管线是海洋石油集输与储运系统的重要组成部分,在海洋石油资源的开发中发挥重要作用,被誉为海上油田的"生命线"。然而,涡激振动导致海底管线悬跨产生交变应力,诱发疲劳,严重威胁海底管线的安全运行。针对上述情况,研究了基于水声的海底管线悬跨涡激振动监测技术,设计了涡激振动监测模块。试验表明监测系统具有较高的可行性。     

L485M输气管道水压试验泄漏原因分析

针对某L485M钢级输气管道在水压试验中发生泄漏的现象,对泄漏部位进行了外观检验、理化性能及腐蚀产物分析。结果显示,该管线泄漏点位于管道6点钟位置,管线内壁腐蚀严重,主要表现为全面腐蚀及较深的腐蚀坑;泄漏的主要原因是由于土壤及水等进入管道,钢管内壁受腐蚀减薄,钢管承载能力下降,当试验压力大于钢管承载能力时,钢管开裂泄漏。对于新建管线,建议及时进行管道内部清理,避免对钢管内壁造成腐蚀,对于不能及时投入使用的新建管线,应在内部清理、干燥后进行封堵,避免泥土及水分等进入管线内部而导致腐蚀。     

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天然气管道是连接气田和市场的纽带和桥梁,因此确保管线安全运行是至关重要的。我国油气资源丰富的西部地区,泥石流、沼泽化、冻融及河流侵蚀坍岸等地质灾害时有发生。为确保输气管线在设计、施工及使用期间的安全可靠,需要对管线系统进行可靠性分析,从而为工程设计、施工和管理提供理论依据。采用数值模拟方法,利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ模拟了地震、沼泽、泥石流、山体崩塌等地质灾害下有覆盖土层的钢制天然气输气管线,旨在提出确保管道安全的悬空跨度和埋置深度。模型考虑了管道与周围岩土的共同工作,分为悬空管道上有覆盖土层和完全裸露两种情况。计算给出了管道危险截面上的应力和位移分布,以及它们随管道参数埋深和悬空跨度变化曲线。并指出适当加大埋深有利于悬空段上部土壤形成压力拱桥,减少对管道的压力,从而避免管道发生失效破坏。对裸露管线,危险点多出现在悬空段起始处,而不是在跨中     

基于应变设计的跨斜滑断层埋地管道地震反应分析

中亚天然气管道D线工程穿越大量活动斜滑断层,埋地管道受断层错动影响极大,在断层错动作用下管道极易发生大变形,管道内部因产生较大应变而失效破坏。目前国内对基于应变的管道设计研究较少,并主要对拉应变进行分析,缺乏对压应变的研究,同时现有的解析方法对跨斜滑断层管道应变问题无法求解。因此研究跨斜滑断层埋地管道的设计应变意义重大。为此,采用非线性有限元分析方法,建立了ABAQUS数值模型,基于应变设计对跨斜滑断层埋地管道反应进行了研究,分析了埋深、管道直径、壁厚、管道内压和土体压缩模量这5项参数对管道拉应变、压应变的影响。通过对中亚天然气管道D线工程实际工况的分析,利用MATLAB软件拟合获得了管道最大拉应变、压应变的回归公式。研究结果表明:(1)管道拉、压应变分布规律不同,管道拉应变随断层位移增大而增大,管道压应变随位移先增大而后减小;(2)工程中采用浅埋软土、小直径厚壁管道及低管压等措施均有利于管道对断层错动的抗震设防;(3)回归公式能为跨斜滑断层埋地管道工程的设计与安全评价提供参考。     

弹塑性海床上的海底管道沉降特性分析

海底管线的在位稳定性问题是海底管线设计中的关键问题之一,为对海底管线的设计提供理论依据,采用有限元软件ABAQUS对管土系统进行分析。海床土体采用Ramberg-Osgood模型进行模拟,管土接触面采用"接触对"的算法进行处理,解决了管道嵌入海床的动边界接触问题。通过改变管道的水下重、环境载荷、管径、屈服应力等参数进行计算。数值计算结果表明这些参数对管道的沉降量都有一定程度的影响。     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

内衬管修复旧管道安装拉力理论分析与数值模拟

通过安装设备将新管道（如复合柔性管）拖入旧管道中作为内衬管是一种新兴的管道修复方法,而修复过程中所需拖拉力的确定对于判断修复方法的可行性与安全性至关重要。考虑内衬管与旧管道几何尺寸、内衬管自身弯曲刚度和摩擦系数等基本因素,基于梁大变形理论给出了拖管过程中所需拖拉力的理论计算模型。并以该理论模型为基础,进一步分析了若干关键因素变化对拉力值的影响。同时,将算例结果与有限元数值模拟结果对比分析,验证了理论模型的准确性,为该修复技术的工程设计与分析提供了参考。     

基于弹性波监测的油气管道管跨定位研究

针对油气管道中存在的管跨现象,为实现管跨破坏的早期预警,文章提出一种基于弹性波监测管跨的新思路。鉴于油气管道中的弹性波传播问题,应用有限元分析方法,将管道结构简化为一维弹性直杆模型。采用ADINA软件对弹性波在管道中的传播过程进行有限元分析,得到了典型节点的位移—时间历程和典型单元的应力云图,计算结果表明该方法可行。开展基于弹性波监测的油气管道管跨定位研究,可为油气管道安全预警技术研究提供参考,工程实用价值较大。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。     

超声波应力测量技术在褶皱管道上的应用

冻土地区土壤冻胀融沉给埋地管道造成了额外载荷,导致管道应力水平过高,威胁管道的安全运行,但目前尚无有效的应力测量技术能够直接对变形管道受力情况进行准确评价。针对某处高寒冻土区存在融沉现象的管道,应用超声波应力测量技术开展了管道在线轴向应力检测,通过应力测量结果对管道的受力状况和褶皱成因进行了分析。从工程应用的角度探讨了超声波应力测量技术的适用性。结果表明:当前状况下管道轴向应力为压应力,应力最大值超过管材屈服强度,是管道变形和褶皱产生的主要原因;超声波应力测量技术能够准确测量管段在线应力,是评价管道安全状况的有效手段。