基于ALE法的海底电缆土壤覆盖物清理技术

基于任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法,对海底电缆在位情况下土壤覆盖物射流清理过程进行探讨,并分析射流速度和海床强度在海底电缆土壤覆盖物清理过程中对海底电缆受力损伤的影响。结果表明：当海床土壤相同时,射流速度越大,海底电缆受力越大,当射流速度为50 m/s时海底电缆将发生破坏;在相同射流速度下,海床土体的剪切模量、内聚力和摩擦角越小,海底电缆受力越大。在海底电缆覆盖物清理过程中需要根据海床强度选择相对应的射流速度,以满足清理要求。研究成果可为海底电缆土壤覆盖物清理技术研究提供参考依据。     

崎岖海床上管道变形和应力研究

为了准确得到海底管道铺设在崎岖海床上的变形和应力状态,文章采用有限元法进行管道纵断面分析,计算得出了相关曲线。通过与A H M ouselli给出的曲线对比,验证了不同张力条件下海底低洼凹陷和隆起地形对管道应力的影响,数值解略小于M ouselli曲线结果。最后以实际的崎岖海床为例,计算了管道在空管和满油状态下的纵断面变形曲线和弯曲应力。根据得出的管道弯曲应力分布,能够科学合理地给出海床处理方法,保证海底管道的安全。     

海底管道固结沉降分析

介绍海底管道沉降的发展过程。基于太沙基一维固结理论,以Boussinesq应力解的分层总和法完成海底管道在黏性土质海床下固结沉降量的计算。为验证计算结果的准确性,借助有限元分析软件Abaqus对某工程实例进行数值模拟求解,结论表明公式计算与数值求解得到的结果具有较好的吻合性。研究内容对海底管道的设计与分析具有参考意义。     

海底电缆对海底管道电磁干扰仿真技术研究

13.8 kV海底电缆与海底管道并行布设,研究海底管道受电缆的电磁干扰,确保管道自身及沿线附近人员的安全非常必要.采用软件构建13.8 kV海底电缆与海底管道的计算仿真模型,模拟海底电缆正常运行、单相对地短路故障、电缆铠装层破损等工况下海底电缆对海底管道的电磁干扰影响.仿真结果表明:在电力电缆正常运行时,海底管道所受交...     

海底管土相互作用研究概述

在阅读文献的基础上，对海底管线与海床之间的相互作用进行了系统的阐述。介绍了海底管道稳定性的设计方法、国内外管土相互作用的试验情况和数值计算的进展。指出了管土相互作用要解决的一些问题。     

海底悬空管道振动特性研究

受管道处海床的冲刷,立管与水平管道连接处常出现管道悬空,严重影响海底管道的安全运行。当管道悬空段较长时,抵抗变形的能力变弱,在管道自身和外部载荷等因素的综合作用下易发生破坏,造成巨大的经济损失和环境污染。在研究中基于土壤的Winkler线性理论,把管道与地基的相互作用用等距离的相同弹簧来代替;考虑轴向力、内压、外流和土壤刚度系数等因素的作用,根据Hamilton原理,建立振动微分方程;利用ANSYS有限元对三维海底悬空管道进行数值模拟和振动特性研究,分析轴向力、内压、外流和土壤刚度等因素对海底悬空管道振动特性的影响,计算出悬空管道的固有频率和临界长度。     

海底电缆在涡激振动下的疲劳寿命

针对悬空段海底电缆结构失稳、疲劳失效和使用寿命缩短等问题，基于洋流作用下海底电缆涡激振动机理，结合海底电缆结构特性，采用流体力学法建立适用于海底电缆的振动仿真模型，基于仿真模型研究洋流流速、电缆机械特性（截面、质量、自阻尼特性等）、悬空断长度等对海底电缆振动和疲劳损伤的影响，结合应变性疲劳曲线和雨流计数法，计算海底电缆的疲劳损伤，根据线性损伤累积理论得到海底电缆的疲劳寿命，分析海底电缆疲劳寿命的影响因素。结果表明，增大海底电缆的弹性模量和阻尼比、缩短电缆悬空段长度可有效延长海底电缆的疲劳寿命。     

海底光电复合缆的落锚撞击试验与仿真研究

为了解决船锚损害海底电缆的问题,选取海底光电复合缆和不同质量的船锚,设计了一套落锚撞击海缆的试验装置。首先在潮间带的海滩砂土上进行现场撞击试验,得到不同冲击能量下海军锚撞击海缆的破坏规律;然后采用ABAQUS建立船锚-海缆-海床的冲击动力学有限元计算模型,得到了撞击过程中铠装层和光单元截面变形量的时程曲线,截面最终变形量与现场试验结果吻合。研究结果表明:船锚撞击复合缆时会产生撞击点局部凹陷和海底电缆的整体弯曲变形;局部凹陷对海底电缆造成了主要损伤,可根据铠装层的变形率来评估内部缆芯的损伤情况。研究方法和结果对研究海底光电复合缆的抗机械冲击性具有一定的指导意义和工程价值。     

海底管道冲刷预测分析

在海洋油气中,海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失,还造成了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本文根据Airy线性波理论,分析了影响海底管道冲刷的时间、管道外径、海床处水流流速、波高、周期等因素,估算了裸置于海床的管道潮流作用下的平衡冲刷量,其研究内容和结论对未来海底管道冲刷预测分析具有一定指导意义。     

礁石区海底管道的路由布置及石方计算

礁石区的海底管道路由布置及石方量计算在国内还是较为少见的一个课题,尤其弹性敷设是礁石区路由布置的重点和难点,其难点在于如何确定弹性敷设管道的曲率半径。文章结合实际工程,介绍了对这类问题的处理方法。如:满足应力要求的曲率半径、自重作用下的挠曲线的曲率半径以及石方量的计算。     

J形保护管距海底泥面高度对海底电缆强度的影响

J形保护管为海底电缆提供外部保护,避免其在波浪海流载荷作用下产生较大的移动变形,但运营期海底局部冲刷改变了海底电缆出泥点位置,导致海底电缆发生悬空,影响其结构强度。应用OrcaFlex软件建立分析模型,针对不同局部冲刷深度和不同重现期下的环境参数,采用非线性时域方法对海底电缆的结构状态进行评估。经计算,海底电缆的最小弯曲半径是限值工况,出现在J形保护管喇叭口区域。当J形保护管距海底泥面高度由0.315 m变化至1.500 m时,1 a重现期的最小弯曲半径为3.106～3.526 m,波动范围为13.5%,100 a重现期的最小弯曲半径为2.835～3.123 m,波动范围为10.2%,海底电缆在百年一遇工况下更危险。     

海底光电复合缆受坠物撞击损伤分析

针对海底电缆受坠物撞击后的安全性问题,基于耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL）方法模拟坠物撞击海底光电复合缆的动态过程,对比分析刚性底质和非刚性底质下海底光电复合缆铠装层和电缆芯的损伤情况,分析坠物大小、速度、质量和撞击角度对海底光电复合缆的损伤影响。结果表明：刚性底质下海底光电复合缆受到的损伤程度明显高于非刚性底质;铠装层是海底光电复合缆的主要承力构件,由铠装层的损伤变形可推断电缆芯的损伤变形;海底光电复合缆受坠物撞击的损伤程度随撞击速度和坠物质量的增大而增大;对于正方体坠物,当其撞击角度小于60°时,海底光电复合缆受坠物撞击的损伤程度随撞击角度的增大而增大。     

拉伸-扭转-弯曲作用下系泊缆索的应力响应

考虑6×19多股系泊缆索编制特点，研究缆索受到拉伸-扭转-弯曲共同作用下的应力响应。推导多股系泊缆索的螺旋线方程和不同层股丝接触点轴向距离，建立仿真模型中的代表性体积元素，推导该体积元素下的周期性边界条件，简化多股系泊缆索仿真模型，进一步优化应变和曲率加载方式，优化仿真模型加载形式。在有限元软件ANSYS中进行仿真分析，同时与解析模型进行对照。结果表明，所选取的代表性体积元素和周期性边界条件计算可靠，应力与曲率半径为非线性负相关关系，应变与应力为线性正相关关系，不同应变下曲率半径对应力的影响主要体现在最大应力数值以及位置，对应力-应变关系影响较小。     

阻流器对海底管道自埋效果的数值模拟分析

在杭州湾海底管道的埋设中应用自埋技术,取得了防止产生管跨和增加管道的稳定性的理想效果。鉴于此,介绍了海底管道埋设的自埋原理;用数值模拟的方法分析了有无阻流器2种情况下海水对管道冲刷产生的不同影响。通过对比发现,有阻流器的管道表面的压力系数在阻流器的两侧产生剧烈变化,沿水流方向由正值变为负值;升力系数变为负值;管道与海床间隙中水流的速度增大,从而使海床受到海水的剪应力也相应增大,海床易于受冲蚀,有利于实现海底管道自埋。     

某输气管线穿越段应力分析

某管线水域穿越段测绘发现其弹性敷设曲率半径为600 D,不满足标准要求,采用理论计算和数值模拟对该管段进行应力分析。计算发现,设计压力下该段管道环向应力和当量应力满足标准要求,但轴向应力不满足要求,其安全系数由标准要求的2.5降低为1.71。轴向应力过高由弹性敷设曲率半径过小造成,不能通过降低运行压力的方式使轴向应力满足要求。设计压力下弹性敷设曲率半径至少应为996 D,才能使轴向应力满足标准要求。     

埋深海缆的冲刷机理及防护措施

基于数值仿真的方法,得到海缆冲刷发展的3个阶段：泥沙沿水流方向往海缆后方输移;海缆出现部分裸露,局部流速增大,冲刷加剧;海缆后方形成涡流,进一步加速掏空海缆后方、下方泥沙。针对埋深海缆冲刷的机理,研发一种新型海缆保护装置。数值模拟和现场试验结果显示,该冲刷防护装置性能良好,阻流效果达75%,并且具有明显的促淤效果。     

矢量叠加初至波定位方法及精度评价

海上勘探的海底电缆或节点检波器沉放过程中,因受洋流、潮汐、缆绳等因素影响,沉放位置会发生漂移现象,故有必要对检波点进行二次定位以确定其在海底的准确位置.为此,文中提出矢量叠加初至波定位方法.通过构建每个炮检对的位置矢量,进行矢量叠加,得到检波点的准确坐标位置,并给出定位精度的量化评价指标,形成了一套从初至拾取、定位计算...     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。