临近冲击载荷的埋地聚乙烯燃气管道有限元分析

运用Abaqus有限元分析软件,构建冲击作用下管土相互作用有限元分析模型,分析聚乙烯管道的应力变化,研究聚乙烯管道的材料模型、土体性能、冲击速度对聚乙烯管应力及变形的影响规律。结果表明,由于冲击作用时间较短,冲击速度对聚乙烯管道没有明显影响;管道覆土的性质及埋深对管道有明显的保护作用;聚乙烯管道的最大应力随着聚乙烯管道内压的增大而增大,近似成线性关系;在冲击载荷作用下,距离冲击区域越近的聚乙烯管道越容易达到强度失效极限;研究结果可以为埋地聚乙烯燃气管道的安全运行及第三方施工活动提供技术支持。     

温度与占压综合作用下埋地含缺陷聚乙烯管道数值分析

为分析温度与占压载荷综合作用下埋地含缺陷聚乙烯管道应力水平,运用ABAQUS有限元分析软件建立管土作用模型,通过热力分析实现温度与占压综合作用,分析温度载荷、占压载荷对在役管道的影响规律,并探讨埋深、占压位置、土体弹性模量、管土摩擦因数对最大应力的影响。分析表明,在规程要求的工作压力下,不能忽略温度荷载对埋地含缺陷聚乙烯管道受力的影响;温度和占压载荷综合影响下在役管道最大应力最终位于内壁3点钟方向,与完好管道的最终位置规律一致,缺陷位于截面3点钟方向管道最易失效;管道埋深和土体弹性模量的影响明显大于管土摩擦因数和占压位置偏移距离。     

非均匀沉降下沿海天然气埋地管道安全运行分析

埋地天然气管道运行安全受地基非均匀沉降现象影响严重。为确保管道安全运行，通过对沿海地区埋地天然气管道进行应力监测，获取管道在地基非均匀沉降影响下的环向、轴向附加应力，并结合管道工作内压进行管道应力校核。基于ANSYS软件建立埋地天然气管道有限元模型，对比分析应力监测实际值与数值模拟结果，验证了应力监测数据的有效性和有限元模型的可行性。进一步通过有限元数值模拟探究管道内径、壁厚和埋土参数对管道应力的影响。数值模拟结果表明：在管道敷设阶段，通过减小管道内径、适当增加管道壁厚和选择较硬的埋土可以减小地基非均匀沉降对管道的影响。研究成果可为受地基非均匀沉降影响的埋地天然气管道运行安全提供参考。     

深层圆弧滑坡作用下埋地管道有限元模型研究

针对埋地管道运输中出现的深层圆弧滑坡灾害问题,利用ABAQUS模拟有限元软件进行模拟计算,考察了坡角、滑坡规模、管道内压、管道壁厚对滑坡段埋地管道的影响。研究表明:当坡角、滑坡规模和内压增大时,最大Von Mises应力值也随之增大。坡角的改变对管道受力影响显著,坡角达到20°后,管道上部、中部和底部发生塑性变形;滑坡规模超过20 m时,应当采取保护措施保障管道安全运行。内压对管道所受最大Von Mises应力值的影响较小。该结论为深层圆弧滑坡作用下埋地管道的安全运行提供了理论依据。     

埋深对含缺陷埋地管道剩余强度影响分析

埋地管道被重物冲击后,管道的应力将瞬间增大,对管道的安全运行产生极大的危害。本文以重物冲击含缺陷管道为研究对象,利用ANSYS软件建立重物冲击埋地管道的有限元模型,分析重物冲击两种埋深及含不同尺寸类型缺陷的埋地管道,冲击后管道的动力学响应,同时与仅受内压的含缺陷埋地管道剩余强度进行对比,通过分析发现管道的埋深对重物冲击管道的剩余强度影响较大,随着管道埋深的增加,管道的等效应力随之降低,当管道埋深到一定值时,管道埋深对管道的等效应力的影响可以忽略。     

埋地天然气管道泄漏危险区域的数值模拟

针对埋地输气管道的特点,建立埋地输气管道持续泄漏模型,运用有限容积法,对比分析多孔介质对天然气埋地天然气管道泄漏气体扩散的影响,得出管道上层土壤作为多孔介质,对气体扩散有重要的影响,由于其土壤阻力和毛管压力作用,使气体在地下消耗大量湍能,气体在地下危险区域呈下窄上宽,而在地上由于气体湍能减小,加上大气压的作用,致使气体危险区域呈上窄下宽。结计算结果为埋地天然气管道合理设计管道区域,指导管道敷设和安全运行提供理论指导。     

挖掘载荷作用下埋地输气管道损伤过程数值模拟

挖掘载荷损伤已成为城市埋地燃气管道损伤的常见形式。挖掘机破坏管道过程就是齿斗直接作用在管道上引起穿孔或者裂缝的过程。利用ANSYS Workbench有限元商业软件,基于非线性分析理论和动力学分析理论,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,控制挖掘机齿斗的位移随时间变化,对埋地输气管道损伤过程进行数值模拟。结果表明埋地输气管道承受挖掘荷载作用的过程是一个瞬态受力过程,挖掘荷载作用位置点是输气管道最易发生破坏的地方。     

基于Ansys埋地管线下沉的变形分析

埋地管线在地震等自然载荷的影响下,管道常因地基下陷管道局部发生大变形,管道的安全系数降低,本文以地基沉降导致管道变形为研究对象,对埋地管道在地基下沉的变形进行应力分析。建立管-土体系,通过Ansys软件对管道下沉进行有限元分析。从沉降区到管道距离、管道埋设深度等几个不同方面考虑,发现管道下沉过程,管道的应力应变均在地基下沉边界附近。     

挖掘过程对含缺陷埋地PE管影响有限元分析

为分析燃气管道2侧保护区外的挖掘施工过程,对含缺陷埋地聚乙烯(Polyethylene,以下简称PE)管的安全影响,利用ABAQUS有限元软件,研究挖掘过程中含缺陷埋地PE管的动力响应。建立PE管-土-挖斗接触模型,分析挖掘载荷作用下,PE管缺陷位置、缺陷尺寸、挖掘深度等,对含缺陷聚乙烯管力学性能的影响。研究结果表明,强度失效是挖掘载荷下PE管失效的主要原因;在挖掘载荷作用下,含缺陷PE管应力集中的现象明显,最大Mises应力出现在缺陷位置处;当挖掘施工至管道埋深水平面时,PE管出现应力极值,当缺陷靠近挖掘施工一侧时,埋地PE管的安全性下降。研究结果为埋地聚乙烯管的维护和运行提供了科学依据。     

土体沉降对托架式管道跨越段应力影响的数值分析

为了有效保障油气长输管道的平稳运行,针对工程实际中托架式管道跨越段进行应力分析,重点考察了土体沉降对管道跨越段应力分布的影响,为设置合理的跨越角度提供理论依据。结果表明,埋地水平管段发生沉降时,埋地弯管、架空弯管两处出现应力集中,架空弯管处应力值较埋地弯管处应力值大,减小跨越段斜管角度可有效降低上述两处的应力值。     

埋地热油管道弯管处应力破坏研究

近年来,埋地热油管道弯管漏油事件时有发生,反映出管道的原始设计、施工等方面存在不足。为使埋地热油管道安全稳定运行,在给定位移载荷的作用下,对弯管各部位的应力的变化情况进行模拟分析,得出了导致弯管失效漏油的过大应力位置和弯管角度对应力的影响,并提出了改进措施,从而为防止发生埋地管道泄漏事故的研究奠定基础。     

埋地输油管道“Ω”形自然补偿器的热力耦合分析

埋地输油管道在温度等荷载的作用下会产生较大的应力,作为管道必不可少的组成部分,自然补偿器有着分散管道过大应力的作用。基于非线性有限元方法,建立了"Ω"形自然补偿器的模型,用壳单元模拟管道,用非线性土弹簧模拟了管土相互作用。参考实际工程数据,分析了弯头回转角度对管道最大应力的影响,并讨论了不同温差与内压下自然补偿器对管道应力的降低作用。分析得到,使用90°的"Ω"形补偿器较为合理,内压较小时,补偿器能够更好的降低管道的应力水平。研究结果可为长输管道结构设计提供一定的参考。     

农田地区输气管道土壤温度场特性研究

在埋地管道中,常温输送的天然气管道会影响农田地区土壤的温度场,从而改变农作物生长的土壤环境。为了研究农田地区土壤的温度特性,以某管道为例,根据该地段的土壤物性参数,采用Fluent非结构性有限容积法对农田段的温度场特性进行数值模拟研究。从管道是否敷设隔热层以及两种不同材质的隔热层对土壤温度场影响的两个角度对农田地区土壤温度场进行了数值模拟。结果表明:设置隔热层的埋地输气管道与不设置隔热层的输气管道相比对土壤温度场的影响变化明显;两种不同材质的隔热层对土壤温度场的影响相似。     

基于LS-DYNA的某打桩锤机械冲击系统性能仿真

在打桩作业中,机械冲击系统会产生周期性冲击载荷,每一次冲击均产生较大应力,冲击动力特性的研究显得尤为重要。本研究基于ANSYS LS-DYNA软件,建立了打桩锤冲击系统的有限元模型,研究了不同冲击能量下对砧座应力、桩端位移和冲击力大小的影响;研究结果表明：砧座应力集中于上接触面及其圆角处,最大应力达到360.361MPa,能量传递效率为91.86%;最大冲击力和应力与锤芯速度呈线性关系。本研究结果对冲击系统结构设计优化具有重要的指导意义。     

荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管受力特征分析

就埋地玻璃钢夹砂管在荷载作用下的受力特征问题,进行室内模拟试验与分析,试验采集了不同试验工况下埋地管道不同部位应力应变、管周不同位置土压力以及变形特征,得出了管道在不同荷载作用下的管土相互作用规律,从而判断埋地管道关键部位受力性状,并可为荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管涵设计提供科学依据。     

基于ANSYS的埋地热油管道弯管附近应力失效研究

研究了埋地热油管道在结构-热耦合应力作用下失效原因及锚固墩位置对其应力的影响。采用ANSYS对埋地热油管道进行应力模拟计算,得出在结构-热耦合应力作用下管道弯管处当量应力分布情况,并对不同角度的弯管进行结构-热耦合应力对比分析,得出不同角度弯管位置的应力数值,绘制变化曲线。同时改变弯管附近锚固墩位置,计算得出弯管处应力变化云图。结果显示,弯管处的最大当量应力随着角度的增加而逐渐减小,且调整锚固墩位置可进一步消减管道处最大当量应力,为防止埋地热油管道泄漏事故发生提供理论依据。     

水下埋地管道泄漏数值模拟

管道泄漏是长输管道的典型事故,也是引起其他一些事故的重要原因。基于水下埋地管道受多种因素的影响,使得研究水下埋地管道泄漏实验有一定难度。采用仿真模拟软件对不同漏口及不同水速下水下埋地管道泄漏情况进行了模拟。通过研究泄漏速度和水流速度分别发生改变时对泄漏油品油相运动的影响,得到了工程实际中水下埋地管道常见泄漏情况的油品运动规律。并进行分析了泄漏速度和水流速度对泄漏油品的影响。模拟的结果与相关理论能够很好的吻合,该结果可为较复杂的水下环境下长输管线的维护和运行技术体系的建立提供一定的理论帮助。     

荷载作用下膨胀压缩机组用输气管道三维数值模拟研究

以某膨胀压缩机组用输气管道为研究对象进行三维数值模拟方法的研究。考虑到输气管道的结构特点和输送的介质特征,在荷载分析的基础上,依据经典理论进行了管道的力学分析,建立了管道的三维数值模型,对内压作用和地基沉降下的管道变形与力学状态进行了数值模拟,分析并得到管道应力随地基沉降量的变化规律。结果表明:应用该方法可以比较真实地模拟出管道的应力和变形分布规律,确定管道的薄弱部位,为管道的现场施工、实时监测和安全性分析提供有价值的参考意见。     

基于ABAQUS的埋地管道重车碾压力学分析

为研究在不同工况下重车碾压对埋地管道的影响,结合多体动力学方法和有限元分析技术,通过ABAQUS软件建立管-土力学模型,使用VLOAD子程序实现移动载荷加载,得到管道内压越大、埋深越小、覆土强度越弱、车辆行驶速度越快,管道承受的Mises应力越大;在无任何防护措施下,60t载重车辆通过埋深超过0.8m的输油管道,管道承载力满足相关规范要求;通过在管道上方敷设钢板的方式对管道应力影响不大。     

落石冲击力扩散规律研究

基于有限元Ansys软件进行数据模拟,所建立的模型对落石的冲击过程作一动态模拟。落石造成的冲击力在水平方向与竖直方向的应力扩散速率均不相同,当落石质量相同,而下落高度不同时,竖向冲击力大小以10%～20%的变化率递减,而水平方向则以5%左右的速率递减,并在一段时间之后趋于平稳。扩散水平位移与竖向位移的变化率在冲击开始时间段内较大,一段时间之后逐渐减小并趋于稳定。当落石的质量相同时,只改变下落高度,且高度每增加1m左右,扩散角度的大小就会增加2.5%～5.8%;而当下落高度不变的情况下,质量每增加1kg,扩散角度的大小仅会改变0.3%～1.6%,并且在之后的一段时间趋于平稳。