高压输气管道在落石冲击作用下热点应力确定的数值方法研究

崩塌落石是高压埋地输气管道破坏的重要原因之一,对管道在落石冲击作用下的强度校核和安全评定意义重大。文章研究高压输气管道在崩塌落石冲击作用下的动态响应,建立了落石—土—管道相互作用的物理和有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件进行数值模拟。采用控制变量法分别考虑落石冲击速度与水平地面夹角α、落地点与管道中心距离d、管道外径D、壁厚t、管道内压P、管道埋深h、落石密度ρ、落石半径r和落石冲击速度v这几个因素对高压输气管道动态响应过程中出现的最大有效Von-Mises应力（热点应力）的影响。提出的计算方法和结果对长距离埋地输气管道设计、施工、防护和风险评估具有一定的参考价值。     

高压输气管道穿越河流稳管形式及计算

简要介绍了高压输气管道穿越河流的位置选择、穿越方式、穿越管道的稳管形式等。结合工程实例,重点介绍了水下钻孔灌注桩排架稳管方案的计处方法。     

冀宁输气管道穿越活动断裂的抗震分析与设计

本文采用壳有限元方法分析了输气管道穿越活动断裂的实际变形反应。针对活动断裂两侧场地相异和两侧场地相同以及中间含有破裂带等情况建立了相应的壳有限元分析模型。通过对比冀宁高压输气管道穿越苍尼断裂和沂沭断裂的不同情况,比较了管道在断裂两侧场地相异和两侧场地相同两种情况下的反应。对于断裂场地相异的情况,管道易发生较大的变形,不宜采用现有管道抗震规范中的方法,需建立有限元模型进行分析。虽然管道在断层两侧的变形情况不同,但是管道在两侧的滑动长度却几乎相等。在活动断裂附近建立地震监测和警报系统并采取必要的抗震辅助措施,对保障输气管道的安全运行非常重要。     

质量比对二自由度圆柱涡激振动影响的计算研究

利用Fluent平台的用户自定义程序(UDF)以及动网格模型,实现圆柱运动方程的一种迭代求解算法,对二自由度弹性支承圆柱体在一定约化速度下的涡激响应进行数值模拟;探讨不同质量比对涡激响应升力的影响。研究表明:采用的迭代求解算法能对弹性支承圆柱涡激振动做出合理预测;质量比对涡激响应的升力影响显著,不仅低质量比圆柱产生的振幅更大,低质量比较高质量比能产生更大的升力系数,且升力相对横向位移的"相位突跳"现象对应的约化来流速度U*更大;圆柱运动轨迹从最初的弧型转变至"8"字型,而后"8"字型逐渐消失并转变为水滴形。     

铲运机车架有限元模态分析

模态分析是研究结构动态特性的有效方法.利用ANSYS软件建立铲运机车架的有限元模型,通过对铲运机车架的模态分析,获得固有频率和相应的振型,并与车架所受激振力和激振频率相比较,检查是否与车架的固有频率相耦合,以避开发动机的振动频率和路面不平对铲运机造成的激振频率,降低振动和噪声.     

高压输气管道穿越工程方案设计

天然气长输管道通常需要采用非开挖的方式穿越湖泊、河流、铁路、高速公路、建筑物等各种障碍物。非开挖的方式主要有水平定向钻穿越、盾构穿越、顶管穿越等。文章以某段DN700高压输气管道穿越南水北调工程为例,介绍了水平定向钻技术的具体设计方案。     

滚石作用下钢质管道动力响应分析及其应用

落石是导致埋地输气管道破坏的主要载荷形式之一,工程中需要解决落石对管道的动态响应问题,落石对埋地输气管道动力响应问题的本质是落石-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的动力响应。利用LS-DYNA有限元软件,从管道内压、落石水平距离、管道厚度等方面对落石冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了管道应力等变化规律。其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值。     

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

琅岐闽江大桥静力三分力及涡激振动特性试验研究

利用大型通用有限元软件ANSYS对福州市琅岐闽江大桥进行了结构动力特性的分析,并采用几何缩尺比为1∶50的主梁节段模型,进行了琅岐闽江大桥主梁三分力的静力节段模型及涡激振动特性的动力节段模型风洞试验。由静力试验求得三分力系数,并进行了全桥静力响应分析,通过动力节段试验测定发生涡激振动的发振风速及相应的最大振幅,确定了主梁断面的斯托罗哈数,从而对主梁的涡激振动特性进行初步评价。     

大跨度斜拉桥的拉索减振方法

随着现代材料和施工技术的发展,新一代桥梁结构往往柔性大、阻尼小且质量轻,对风的敏感程度也就越来越高。尤其是大跨斜拉桥的拉索构件,极易在风的激励下产生以下几种典型的风致振动:卡门(Karman)涡激共振、尾流弛振,结冰索的弛振、风雨激振等。其中,风雨激振是指在风雨的共同作用下,拉索将发生的低频率、大幅度振动,但对这种振动产生的机理目前尚未有充分的认识。这些振动现象,会引起拉索中应力的交替变化而造成索股疲劳,导致人们对斜拉桥安全性的怀疑。因此,如何有效地防止或抑制包括风雨激振在内的拉索振动现象,已成为结构工程师讨论的…     

燃气管道弯头应力分布及塑性极限荷载分析

应用有限元分析软件ANSYS,对燃气管道钢质弯头在内压作用下状态进行有限元分析,得到弯头不同内压下的应力分布。根据模型施加的内压和最大等效塑性应变关系,得出了弯头的塑性极限荷载。     

充水高密度聚乙烯波纹管爆破振动动力响应特性

为研究爆破振动作用影响下高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)波纹管的动力响应特征,通过现场预埋HDPE管道的爆破试验,对不同爆破距离条件下的HDPE波纹管的振动特性进行分析。结合LSDYNA有限元数值模型分析方法,建立试验的数值模型以及充水状态管道的数值模型,研究了充水状态HDPE管道在爆破振动作用下的动力响应,并结合规范给出参考的安全判据。研究表明,爆破振动作用下,充水管道的振速值略小于无水管道的振速值,管道内的水能一定程度上降低爆破振动对管道的影响;管道各截面处迎爆侧的振动速度和von-Mises有效应力均大于管道背爆侧,管道底部附近的动力响应值较大,且管道峰值有效应力与管道峰值振动速度之间具有线性函数关系;不同埋深情况下,管道振速与地表振速之间存在函数关系,结合规范中管道最大允许工作压力以及管道应力与振动速度的函数关系,得到该场地条件下不同管道埋深的 HDPE波纹管(充水)的地表爆破控制振速,为工程实际提供指导。     

土体塌陷范围对埋地管线影响的研究

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。为分析土体塌陷时埋地管线的受力情况,通过ANSYS有限元软件,将管线模拟成四节点薄壳单元,用等效土弹簧来模拟无限长埋地管线的边界,采用均布荷载加载来模拟埋地管道上方土体的作用,分析了不同范围土体塌陷情况下埋地管道的受力特性。通过模拟分析了埋地管线的应力应变,得到了埋地管线的控制截面,可为埋地管线的设计提供一定的理论依据。     

高压燃气管道非稳态流动的特征线法模拟研究

采用特征线法对高压燃气管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,考虑能量方程,对燃气管网非稳态流动进行了理论分析,解决了由于忽略能量方程所带来的计算精度低的问题,编制了用气负荷随时间变化时压力、温度、流量沿管道分布的动态模拟程序,给出了计算实例。模拟数据和实际数据非常接近。     

中心差分法在燃气管道动态模拟中的应用

采用中心差分格式对高压燃气长输管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,在考虑了能量方程和城市用气规律的基础上,对燃气管网非稳态流动问题从理论上进行了分析,编制出了用户负荷随时间变化时,压力、温度、流量沿管线分布的动态模拟程序,并通过计算实例证明该方法的可行性。     

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

 地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床–管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对El Centro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。     

城市燃气高压管道瞬态流动模型的有限差分解法

基于燃气管道流动基本方程,推导出高压管道内燃气瞬态流动的半隐式有限差分计算公式,解决了燃气管道中慢瞬变流的计算问题,并用实例验证了该方法的准确性。     

基于FLUENT天然气集输管道直角弯管磨损分析

应用Fluent软件对直角弯管磨损情况进行数值模拟,研究天然气集输过程中有浮升力和无浮升力条件下不同颗粒直径、不同气流流速条件对弯管磨损的影响,研究结果表明:无浮升力和有浮升力条件下,随着粒径增大,弯管壁面的1.5 s累计最大冲蚀量先减小后逐渐增大,粒径小于50μm的微小颗粒对管壁的冲蚀磨损程度较小。有浮升力条件下,管道壁面的1.5 s累计冲蚀量有所增大,这是由于颗粒在浮升力作用下更多地碰撞弯管壁面。无浮升力和有浮升力条件下,随着粒径增大,弯管壁面的1.5s累计最大沉积量先快速下降而后缓慢增加。有浮升力的条件下,颗粒运动对壁面的沉积效应有所缓解,随着粒径的不断增大,浮升力对管壁的沉积影响逐渐变小。较小粒径的颗粒受浮升力影响在管道沉积方面表现更为敏感。无浮升力和有浮升力条件下,随着气流入口流速的不断增大,弯管壁面的1.5 s累计最大冲蚀量逐渐增大。有浮升力条件下,当入口流速增大时,增大的浮升力导致颗粒跳跃增多,浮升力作用增强了颗粒对弯管壁面的冲蚀破坏。无浮升力和有浮升力条件下,随着气流入口流速的不断增大,弯管壁面的1.5 s累计最大沉积量呈现先减小后逐渐增大的趋势。有浮升力条件下,入口流速增大时,边界层内速度梯度使颗粒旋转而产生更大的浮升力,致使颗粒的沉积量减少。但随着入口流速的继续增大,边界层厚度逐渐变薄,,浮升力的影响作用减小,颗粒沉积量增大。合理控制入口流速能够有效减少管道磨损。     

隧道爆破下底部脱空埋地输气管道的动力响应

以下穿兰成渝输气管道的仙女岩隧道爆破为背景,建立包括管道脱空区在内的隧道爆破三维动力有限元模型,研究爆破地震波引起的不同脱空长度下埋地输气管道的动力响应规律.结果表明:埋地管道下部脱空时,爆破振动作用下管道底部的振速峰值和位移峰值均大于管道顶部,且二者沿管道轴线以脱空中心为对称点呈逐渐减小的趋势;随着脱空长度增大,管道...     

人工边界及地震动输入在有限元软件中的实现

粘弹性人工边界不仅在时间上是局部的,而且在空间上也是局部的,这种边界物理意义清晰、简单有效,且易于在有限元法中得以实现,与之相对于的地震动输入则是通过在边界上施加等效节点力实现的,等效节点力的大小与入射地震波波速成正比.本文利用通用有限元软件提供的弹簧阻尼单元模拟粘弹性边界,介绍了土-地下结构开放系统人工边界及地震动输...