管-土相互作用对海底管道横向屈曲的影响

基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,分析了管-土相互作用参数对海底管道前屈曲及后屈曲的影响。结果表明,管道屈曲的临界温差、最大弯矩及最大轴向总应变随着横向摩擦因数的增大而增大,管道总屈曲段长度随着横向摩擦因数的增大而缩短;轴向摩擦因数对管道临界屈曲载荷、后屈曲的变形、弯矩及应变影响很小;管道屈曲的临界温差随着土体屈服位移的增大而减小。     

直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型研究

采用有限元法对直井中钻柱非线性螺旋屈曲准静态加载模型的控制微分方程进行了求解，对钻柱螺旋屈曲准静态加载模型的合理性进行了理论验证，证明了钻柱螺旋屈曲准静态加载问题和特征值问题，力学模型中考虑了钻柱的重力，摒弃了传统分析中的小位移假设。研究表明，钻柱的螺旋屈曲过程是一个稳定的加载过程；钻柱屈曲位移的幅值随轴向载荷的增大而增大；钻柱的屈曲位移、弯矩和井壁约束力线密度都呈周期性变化；将钻柱的螺旋屈曲问题作为一个准静态加载问题来分析是合理的；采用准静态加载模型计算得到的钻柱初始失稳载荷与钻柱正弦屈曲线性特征值问题的分析结果吻合。     

斜直井钻柱螺旋屈曲时轴向力钻速和井斜角间的关系

通过考虑重力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响，利用能量方法研究了斜直井中轴向载荷、重力和离心力共同作用下钻柱的螺旋屈曲问题，着重研究了重力的轴向分力、转速和井斜角对钻柱屈曲的影响，推导了钻速、井斜角和轴向力间的数学关系表达式。理论分析表明，在相同条件下钻柱螺旋屈曲临界载荷随井斜角增大而增大，且呈非线性；临界载荷随转速增大而减小，且井斜角较大时减小幅度较大；钻柱重力线密度对临界载荷的影响大小与井斜角和屈曲模态有关。     

受初始几何缺陷影响的管线管非线性屈曲分析

采用弹塑性有限元法,结合非线性屈曲理论,分析了受初始几何缺陷影响的管线钢管在内压作用下的非线性屈曲。在分析中考虑了内压和管体缺陷等因素的影响。结果表明,考虑几何缺陷的有限元模型能够较好地模拟实物试验的屈曲载荷和屈曲形态。     

椭圆度对外压长圆筒体临界屈曲载荷的影响

基于ANSYS中的特征值屈曲分析、几何非线性分析和几何/材料双非线性分析3种方法,对均匀外压作用下的长圆筒体临界屈曲载荷的影响因素进行了分析。计算对比表明:(1)在不存在椭圆度情况下,长圆筒体随着壁厚的增加,几何非线性相对于线弹性分析几乎没有大的变化;(2)随着壁厚的增加,线弹性分析与几何/材料双非线性分析的结果差异越来越大,管壁较厚时特征值屈曲分析不准确,几何/材料双非线性分析更适用于工程实际;(3)随着椭圆度的增加,线弹性分析对应的临界屈曲载荷变化很小,而壁厚增加时的临界屈曲载荷略有增加;(4)椭圆度对几何/材料双非线性分析的影响比对特征值屈曲分析的影响显著,特别是随着椭圆度和壁厚的增加,双非线性曲线与其他曲线的差距变大。     

基于非线性屈曲分析的井架承载能力评估方法

介绍了井架承载能力的评估方法,分析了小井架轴向载荷与一阶固有频率平方之间的关系,认为在轴向载荷较小时结构的非线性程度较低,可以忽略非线性的影响,但是当轴向载荷接近临界载荷时其非线性程度不能忽略,需要用非线性屈曲分析来获得结构的临界载荷。为此,提出了一种基于非线性屈曲有限元计算与模态试验相结合的井架承载能力评估方法,即利用模态试验结果对有限元模型参数进行修正,通过ANSYS的非线性屈曲分析功能确定井架结构的临界载荷。计算结果表明,基于模态试验修正后的有限元计算结果更接近结构的实际临界载荷。     

含初始缺陷不锈钢柱壳的多模态屈曲特性

以海洋平台圆柱壳桩腿为研究对象,研究不锈钢柱壳在受到局部腐蚀和未受到腐蚀两种情况下的屈曲特性,其中用柱壳局部区域均匀减薄模拟桩腿腐蚀。对一组未减薄的完好柱壳和一组经过减薄加工的腐蚀柱壳进行初始缺陷测量、轴压试验和数值分析。通过试验获得柱壳临界屈曲载荷。对柱壳进行线性屈曲分析,得到柱壳前50阶模态缺陷和屈曲特征值。采用Riks弧长法对赋予初始缺陷幅值的柱壳前50阶模态缺陷进行非线性屈曲分析,得到柱壳的平衡曲线、临界载荷。在此基础上,研究初始缺陷对受到局部腐蚀和未受到局部腐蚀不锈钢柱壳屈曲的影响,并在多模态缺陷条件下对其最差阶模态进行探究。结果表明：与未受到腐蚀的柱壳相比,受到腐蚀的柱壳对初始缺陷的敏感性更低,对不同模态缺陷的敏感性更低;对于未受腐蚀的普通不锈钢柱壳而言,最差的模态缺陷并不是通常认为的第1阶,也有可能出现在高阶模态中。     

外压作用下夹层管复合结构屈曲传播分析

深海巨大的静水压力容易引起管道的局部屈曲失稳。针对外压作用下的深水夹层管复合结构屈曲传播问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了含初始缺陷下夹层管三维非线性准静态屈曲传播数值模型,得到屈曲传播过程中夹层管的屈曲变形形态,并在此模型基础上针对夹层管屈曲传播性能进行了广泛的参数敏感性分析。计算结果表明:初始缺陷大小主要影响夹层管屈曲失稳压力,而对屈曲传播压力无明显影响;增强夹层管层间粘接特性能够显著提高管道抗变形能力,增大屈曲传播压力;夹层管几何尺寸参数及材料力学特性对夹层管屈曲传播性能有显著影响。研究结果对于石油夹层管道的优化设计具有一定的参考意义。     

带加强圈外压柱壳的稳定性分析

采用有限元软件ANSYS对柱壳使用8种不同结构加强圈时的稳定性进行了线性特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了带加强圈外压柱壳的失稳模态和载荷位移曲线。结果表明,两种分析方法虽存在一定误差,但其分析结果有相同的变化趋势,设计时可先利用线性特征值法优选加强圈,然后采用非线性方法对柱壳进行详细的稳定性分析。在角钢、T型钢、扁钢、半圆环壳和Ⅱ型钢等8种加强圈中,T型加强圈对柱壳的加强效果最好。安装加强圈时,应尽量使加强圈的形心轴远离容器器壁。     

考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷新公式

在假设连续油管初始形态为正弦形态,受外载发生屈曲后由正弦形态变成螺旋屈曲形态的基础上,推导得出在斜直井中考虑残余应变的连续油管螺旋屈曲载荷计算新公式。利用新公式进行的实例计算和分析表明,当井斜角小于2°时,连续油管螺旋屈曲载荷随着初始幅值角的增大而增大,但井斜角大于2°后,螺旋屈曲载荷随初始幅值角的增大而减小,且随着井斜角的增大,减小的幅度变大;井斜角的增大,使连续油管的螺旋屈曲载荷增大。     

螺旋屈曲状态下连续管冲蚀因素分析

针对连续管作业过程中连续管与套管之间形成较大环空间隙时，容易发生螺旋屈曲，以及连续管内壁冲蚀严重的问题，采用试验和数值模拟方法，对螺旋屈曲连续管的内壁冲蚀进行研究，并对试验和数值分析结果进行非线性拟合，以获得不同颗粒粒径、流量、屈曲螺距等因素对连续管内壁冲蚀的影响规律；同时通过试验获得相应的参数为仿真提供依据，提高模拟仿真的准确性，并利用灰色关联分析法(GRA)对连续管冲蚀模拟仿真数据进行分析。分析与试验结果表明，随着流量的增大，连续管的冲蚀速率呈线性增加；随着颗粒粒径以及屈曲螺距的增加，连续管的冲蚀速率逐渐减小。其中，当颗粒粒径增大时，颗粒的数目为主要影响因素；当屈曲螺距越小时，冲蚀分布越均匀。所得结论可为连续管作业过程中的冲蚀防护提供理论支持。     

脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效数值模拟及参数敏感性分析

针对海洋工程脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效,建立三维简化有限元模型进行螺旋缠绕结构的径向屈曲模拟分析。以我国某海域典型脐带缆为例,得到单倍螺距下单根铠装钢丝径向屈曲失效临界载荷。探究不同敏感参数对单根铠装钢丝临界屈曲载荷的影响,发现铠装钢丝螺旋角度、截面惯性矩、螺旋缠绕半径与临界载荷分别大致呈抛物线形、线性、负指数关系,该结论可为脐带缆铠装抗屈曲设计提供参考。同时发现,通过单根铠装钢丝临界载荷累加的方式可近似得到相应根数螺旋铠装钢丝的临界屈曲载荷,该载荷可作为求解真实脐带缆单层铠装径向临界屈曲载荷的保守估算值。     

基于耦合载荷作用下的圆柱壳动态屈曲研究

研究了弹塑性圆柱壳在径向均布压力和扭转冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题,并采用ANSYS有限元方法对承受耦合载荷的圆柱壳进行了非线性屈曲模拟的计算。给出了圆柱壳在承受耦合载荷作用下的屈曲模态,分析比较了径向内、外压对圆柱壳扭转屈曲的影响。     

含初始缺陷海底管道非线性屈曲失稳外压判别方法研究

海底管道处于深海高压环境,任何微小的缺陷都可能大幅降低管道的屈曲压力.将线性屈曲分析的屈曲模态作为初始缺陷的参考值,对受外压海底管道进行非线性有限元分析.研究结果表明,受外压作用的海底管道在径向产生膨胀变形和压缩变形,而且变形沿轴向传播.基于径向压缩变形与膨胀变形的比值随外压的变化曲线规律,提出了判定海底管道非线性屈曲...     

深海球阀屈曲稳定性影响因素数值模拟分析

为保证深海球阀在压差和其他外载荷存在时不发生局部屈曲失稳或整体屈曲失稳现象,对深海球阀阀体屈曲稳定性影响因素进行了研究。利用ABAQUS有限元数值模拟软件,基于屈曲理论和稳定性理论,分析内压、阀杆孔洞和壁厚等因素对深海球阀阀体的屈曲稳定性影响。模拟结果表明:内压的存在使阀体可承受更大的外压载荷;阀杆对阀体孔洞具有补强作用,带阀杆阀体的临界载荷大于无阀杆阀体的临界载荷且小于完整圆柱壳的临界载荷;随着壁厚的增大,临界载荷值也增大。研究结果可为其他深海类阀门屈曲稳定性分析提供参考。     

充满液体的圆筒中受压屈曲杆柱旋转实验

在钻井过程中,下部钻柱的主要运动形式为受压屈曲后的自转和涡动。受压屈曲钻柱旋转可以增大钻柱与井壁的接触摩擦力,诱发钻柱横向振动和涡动,造成井壁失稳和钻柱损坏,甚至造成钻井作业失败。目前,井筒中受压屈曲旋转钻柱的运动规律的认识尚不全面甚至部分认识是错误的。通过实验研究了载荷、转速、钻井液和圆筒内径等参数对圆筒中的受压屈曲杆柱旋转运动的影响。分析了模拟钻柱在液体中由正向涡动转为自转和反向涡动的耗散能量。结果表明：①随着载荷的增大,屈曲钻柱首先正向涡动;其次既有正向涡动,又有自转;然后沿部分井壁反向涡动和自转的组合;最后沿井壁反向涡动。②钻井液的动力润滑作用可以减小钻柱正向涡动旋转幅值,并能阻止反向涡动的形成。③提高钻井液的动力润滑性、减小井眼直径、增加井斜角,出现反向涡动的载荷增大。④钻柱随载荷增加可能出现2次反向涡动。⑤钻柱运动状态转换符合最小耗散功率原理。     

配筋方式对自升式钻井平台悬臂梁屈曲性能影响研究

自升式钻井平台悬臂梁的稳定性能是衡量其承载能力的重要指标。以某122 m(400英尺)自升式平台悬臂梁为研究对象,采用有限元分析方法,研究了在不同的工况下主梁配筋方式和侧向抗弯刚度比对悬臂梁线性屈曲性能的影响。使用弧长法得到了悬臂梁非线性屈曲过程的载荷-位移曲线,校核了中国船级社海上移动平台入级规范中的屈曲安全系数,得出了规范中的屈曲安全系数偏保守的结论。该结论可为悬臂梁的抗失稳设计提供理论依据。     

内压和侧压作用下管道的屈曲分析

压力管道是薄壳结构，会发生屈曲失稳破坏。采用侧压和内压力联合作用下的力学模型模拟了管道受到滑坡、洪水等自然环境的作用情况，用有限元方法计算管道的屈曲失稳情况。分析了管道的屈曲载荷和屈曲形态，给出了典型的管道屈曲变形模式，并绘出了厚度、内压、缺陷对管道屈曲载荷影响的关系图。     

冻土区管道上浮屈曲临界载荷试验研究

进行了管道上浮屈曲模拟试验方法研究,制作了管道上浮屈曲临界载荷试验装置,模拟了多种影响管道上浮屈曲的因素,测试管道轴向屈曲临界载荷,为研究管道上浮屈曲临界载荷提供试验依据。初步试验结果表明,管道上浮屈曲临界轴向载荷随着管道外径的增大而增大,随土壤冻胀量的增大而减小,随着管道下方冻胀长度的增大先增大后减小。     

基于Taguchi方法的射孔枪多目标优化设计

基于Taguchi方法,以射孔枪管形状参数中的管半径、射孔枪孔眼半径和开孔数为3水平试验因素,设计出一个3因素3水平正交表,通过有限元数值试验,计算了结构的极限载荷和位移.通过对结果进行极差和方差分析,确定了形状参数对结构性能的影响水平,综合考虑极限载荷和最大径向位移,采用区间取值(RTV)综合评分法进行了多目标结构参数优化.分析发现管径增大导致极限载荷增加,孔径和孔数增大导致极限载荷减小;管径、孔径和孔数增大都导致径向位移增大;在各种参数中,孔径的影响最为明显.