埋地悬空管道弹塑性受力分析与计算

埋地管道在各类地质灾害的作用下,可能导致管道下方土层塌陷或流失,使管道局部处于悬空状态,严重威胁管道的安全运行.首先,基于弹塑性地基梁理论,根据管道不同受力情况将管道划分为悬空段、塑性段和弹性段,分段建立管土相互作用下管道挠曲微分方程,并结合边界条件和连续条件给出悬空管道挠度和内力的求解方程;其次,采用遗传算法求解悬空管道挠度,以提高计算效率与计算精度;最后,忽略管道的轴向荷载,推导出悬空管道塑性区长度上限值.算例分析表明,与文献中的悬空管道力学模型相比,理论解与有限元数值模拟吻合最好,可用于工程设计与分析.     

成品油管道的极限悬空长度研究

长输管道沿线地质地貌错综复杂,自然条件恶劣,外界载荷（如地质滑坡、坍塌、疏松土壤沉降、湿陷性黄土、地震、水毁等）导致大跨度悬空,轻则引起管道大变形,大面积悬空、局部变形或应力集中,而导致较大的位移应力、屈曲或蠕变,严重时甚至导致管道断裂破坏,给管道运营带来安全隐患。针对2010 年兰成渝输油管道德阳石亭江段洪水导致管线大面积悬空案例,以物理数学方法中的非线性理论为指导,通过有限元仿真建模及试验研究,借助大挠度梁理论、弹性地基理论、管–土互作用双线性模型、Winkler 假定等力学理论,考虑管道的几何非线性和土壤的物理非线性,建立了悬空管道的大变形分析模型,分析计算了X52 管材的极限悬空长度,为管道完整性管理提供理论基础。     

服役海底管道钢疲劳可靠性试验与海底管道寿命预测

针对波浪力下海底管道悬空段的疲劳寿命问题,从某服役X60钢海底管道悬空段上取样进行拉-拉成组多级疲劳试验,获得服役X60钢海底管道试件在不同应力水平下的疲劳寿命及其概率统计分布,利用参数假设检验法确定X60钢管道试件的疲劳寿命分布特征,由此外推出不同存活率下的疲劳对数寿命与等效循环应力之间的线性关系式.通过引入"疲劳极限复合修正系数"和"等价非对称循环度系数"对X60钢试件的P-S-N曲线进行修正,得出X60钢海底管道悬空段的疲劳寿命预测公式.结合试验结果分析表明:X60钢海底管道试件的疲劳寿命服从对数正态分布;疲劳对数寿命与等效循环应力之间近似为线性关系;海底管道疲劳寿命预测公式计算结果与试验数据吻合良好.     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

基于IMU数据的应变解析技术及其应用

长输埋地油气管线在严重的地灾作用下会引发管道变形,如果变形的管段存在缺陷,将极易导致管道失效,造成严重的环境污染和经济损失。准确地获取管道的变形情况并进行安全评价能够为保障管道安全稳定运行发挥重要的作用。基于IMU检测数据,通过小波变换降噪和油气管道设计规范进行特征识别的应变解析算法,能够有效地识别管线上的热偎弯管、冷弯管、弹性敷设段和重点关注段。该算法计算的管段弯曲拉伸应变值将结合ExxonMobil提出的拉伸应变容量预测模型对环焊缝进行基于应变的安全评价。在基于应变设计的高钢级油气管道已在国内油气运输行业得到广泛应用的背景下,可以参考该评价方法开展高钢级管道环焊缝的安全评价。     

连续跨海底悬空管道动力响应非线性有限元分析

摘要：针对海底连续跨悬空管道的动力响应,本文摒弃传统欠精确的管跨两端固支处理方法,并基于弹性地基梁理论,考虑管线与海底土壤之间的非线性作用力,采用ANSYS有限元分析软件建立了管土耦合非线性有限元模型。与单跨海底悬空管道对比,讨论双跨管道的动力响应特性,分析得到双跨管道自振频率特性以及跨间管土耦合长度对管跨动力响应的影响规律,并进一步分析得到管道最大应力最小时的跨长与跨间管土耦合长度的比例关系,即管跨最安全的结构比例。分析结果对海底悬空管道的预防及治理,保障海底管道的安全运行具有较大的借鉴意义。     

基于光纤传感油气管道安全监测评价系统研究

管道腐蚀缺陷一直是困扰着安全生产重要隐患,因此有必要对管线进行安全监测.该研究以实现智能化评估管线安全状态为目的,利用分布式光纤光栅,对由于管道内部腐蚀缺陷引起的表面应变进行了监测.并结合管壁应力场分布特性,建立起了一套实时在线的合缺陷管道光纤光栅监测评估系统,结合开发监测系统软件可有效地评价含缺陷管道的实时的受力状态和安全运行状况.     

基于材料杨氏模量实测的电厂主蒸汽管应力分析

通过实验与理论分析、数值计算相结合的方法进行电厂主蒸汽管热应力应变分析.首先用高温应变片精确测量锅炉主蒸汽管道直管段的热应变,并根据结构应力的解析解,得到管道结构材料杨氏模量与温度的关系.在此基础上,利用有限元分析技术,更全面准确地分析管系在不同工作状态下的热应力、应变情况.该方法应用于某电厂主蒸汽管应力分析,效果较好.对电站的安全监测有一定实用价值.该方法也可推广至其他领域进行高温管系的力学分析.     

斜拉索管桥应变影响因素的试验分析

应力应变状态是管道在风险状态下受力的综合表现,关系到管道的力学安全。为确保管道安全运营,开展管道应力应变的研究。进行了斜拉索管桥的应变试验,详细研究了管道内流体流量、外加集中载荷和拉索断裂三种因素对斜拉索管桥的应变影响。实验结果表明:全流量和半流量状态下管道应变曲线很相似,四分之一流量和四分之三流量状态下管道应变曲线很相似。管道的应变随着集中载荷的增大而增大,在一定载荷内,管道的应变曲线成正弦波形且周期无明显变化。管桥的最大应变处位于距离作用点最近的拉索锚固点。在隔组破坏四组拉索后,斜拉索管桥并未发生严重变形,但是继续破坏拉索后,管道各个测点应变显著增大,斜拉索管桥发生严重变形。     

CE-403管段受力分析

化工管道在使用中会因其所输送的介质而承受内压力和许多外部载荷等,在这些载荷的共同作用下,管道会具有相当复杂的应力状态,通过对管道应力状态的分析和计算,从而做出对管道安全性的评价,并满足所连接的设备对管道推力的限定,使设计的管道更经济、合理、安全。甲醇中心净化装置变换气水煤气废热锅炉蒸汽出口管线CE-403段,多次发生法兰及焊口泄露事件,本文通过对CE-403的蒸汽管线的热应力分析,对管道的安全性进行了准确的评价,提出采取维修措施的正确、有效方法。     

爆炸载荷作用下埋地聚乙烯管的动力响应分析

爆炸载荷作用下埋地管线的动力响应研究对管道附近的爆破施工和管道安全防护设计具有重要意义。数值模拟研究了四种相同标准尺寸比(管外径与壁厚的比值)的埋地聚乙烯(PE)管在爆炸载荷作用下的动态响应,初步揭示了PE管的振速、应变、应力和压力等指标参数的动响应规律。研究表明：PE管正对爆心截面处受横向振动影响最大,而管道正对爆心截面两侧受轴向振动影响最大;管道受压应变影响程度比拉应变大,易受压损伤;在误差允许范围内,四种相同标准尺寸PE管的动态响应参数(峰值振速、峰值环向压应变和峰值压力)可采用考虑场地系数和衰减系数的拟合公式进行预测分析。     

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明：埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。     

基于裂纹尖端张开角含轴向穿透裂纹X80管道极限压力预测

准确预测含轴向穿透裂纹管道极限压力对其安全运行具有重要意义,但现有极限压力预测模型已不满足高韧性、高强度X80管道的评定需求。对含轴向穿透裂纹X80管道极限压力进行研究,建立含轴向穿透裂纹X80管道壳单元与三维实体单元数值模型,应用壳单元模型替代三维实体单元模型以简化分析过程并提高计算效率。基于含裂纹管道壳单元模型,选用临界裂纹尖端张开角作为断裂参量,分析初始裂纹长度、检测单元长度、管道壁厚等不同因素对极限压力的影响,提出极限压力预测修正模型。将基于修正模型的管道爆破压力预测结果与试验测试结果进行对比分析。结果表明,初始裂纹长度与极限压力呈负相关关系;而检测单元长度和管道壁厚与极限压力呈正相关关系,且壁厚与极限压力基本呈近线性关系;三者均对极限压力具有较为显著的影响。该模型具有更高的准确性,可用于高韧性、高强度薄壁X80管道的止裂设计。     

基于LPV模型GRNN输气管道音波定位算法

针对输气管道泄漏检测及定位问题以及管道内气体可压缩、检测难等特点,建立了输气管道线性变参数(LPV)模型,并设计了广义回归神经网络(GRNN),以理论时间差为模型输入,以对应的管道各点位置为期望输出.采用音波法对输气管道进行泄漏故障诊断与定位.结合具体实例并采用现场数据进行仿真研究,结果表明:采用基于LPV模型的GRNN输气管道泄漏故障音波定位算法是一种有效的方法,可使预测值准确地跟踪真实值,实验结果为输气管道泄漏故障检测与定位的工业应用提供了可靠的依据.     

地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析

地基塌陷往往影响埋地管线的正常使用和安全,针对这一课题,在室内模型箱试验的基础上采用Ansys软件建立有限元模型,应用单元生死技术模拟了土体塌陷范围不断扩大的过程,得出随着地基塌陷埋地管线内应力及沉降的变化过程曲线。通过与室内试验数据对比,证明了本数值模拟方法的可行性。进而又通过图像分析找出了管线的控制截面及控制力,并研究了埋地管线的壁厚和下卧层土体刚度在地基塌陷过程中对管线变形的影响规律,得到了一些具有工程实际意义的结论,为沉陷区域埋地管线设计和数值分析提供理论依据。     

基于应变设计的长距离输送管道抗震可靠度评估方法*

根据QSY-GJX-0135-2008埋地管线穿越强震区管道应变设计方法,结合目前国内外工程可靠性设计规范,提出了一种基于应变设计的管道抗震可靠度直接计算方法。该方法综合考虑了地震荷载作用和管道材料本身材料性能的不确定性,建立了管道在地震作用下的应变极限状态方程,研究不同地震烈度下,不同管道径厚比的管道可靠度指标变化规律,给出管道可靠性评估。结果表明:管道径厚比的变化对管道的安全性有着显著影响,相同地震烈度下,管道可靠度指标随着管道径厚比的增加呈指数减小;地震烈度越高,地震效应越大,管道的可靠度指标越低;基于应变设计的管道抗震可靠度计算方法,实现了管道在地震作用下的管道可靠度定量描述,符合工程实际,能够为科学、合理地进行管道抗震设计提供一定的计算依据。     

基于激光测距的双机器人管道测绘方法

为解决传统天然气管道测绘设备只能测绘直管道且测绘距离近的问题，提出基于激光测距的双机器人管道测绘方法.管道分为水平直管道段、90°水平弯管道段、上/下坡管道段和复合管道.方法中两机器人从管道入口处开始交替匀速前进，直至离开管道，通过解算机器人获取的距离数据，得到每段运动中管道段的三维模型，最后进行拼接，完成对整条管道的测绘.实验结果表明，本方法实现了对不同管道的测绘，并有效提升了管道测绘的距离，2000m距离误差在4m内，误差率约为0.178%.     

外加电位对X80管线钢模拟海岸土壤腐蚀的影响

为探究双相X80管线钢在沿海土壤模拟溶液环境中的腐蚀机理，采用极化曲线、慢应变速率拉伸试验(SSRT)和交流阻抗(EIS)法对不同外加电位(-750,-900和-1 050 mV vs.饱和甘汞电极(SCE))下双相X80管线钢的应力腐蚀和电化学腐蚀行为进行研究。结果表明，双相X80管线钢在-1 050 mV电位下对应力腐蚀(SCC)最为敏感。慢应变拉伸呈现为脆性断裂，断口可见铁素体区域圆形或椭圆形的凹坑，这是由于过度阴极反应产生的氢原子扩散进入到钢中在铁素体晶界聚集，氢气析出产生的较高氢压超过材料的强度产生圆形孔洞，在拉伸应力作用下变为椭圆形。在此电位下EIS模拟电阻最小，耐腐蚀性最差。-750 mV的外加电位可起到一定的电化学保护作用，但不足以防止X80管线钢应力腐蚀的发生。-900 mV的外加电位可有效抑制X80管线钢的阳极溶解，SSRT的强度和延展性均高于0 mV电位试样，表现出韧性断裂特征，EIS模拟电阻最高，因此双相X80管线钢在模拟海岸土壤环境下最佳的阴极保护电位约为-900 mV vs. SCE。双相X80管线钢在沿海土壤模拟环境中的应力腐蚀行为的研究可对其在实际使用过...