直埋供热管道直角弯管热-力耦合分析

针对直埋热水供热管道弯管受力的复杂性,基于土弹簧模型建立了三维热-力耦合有限元模型,分析了直埋直角弯管应力的主要影响因素,给出了缩短弯臂长度的热-力耦合有限元模型。建模中管土相互作用考虑了介质的重力和覆土重力等的作用,弯头管段的边界条件施加在2个弯臂端头。结果表明,直埋弯管在温升作用下的峰值应力远大于内压作用下的峰值应力;直埋弯管的一次应力随管道壁厚、管道埋深的增加而降低,随内压、弯头曲率半径的增加而增加;直埋弯管的二次应力随管道壁厚的增加而降低,随内压、埋深、温升、弯头曲率半径、弯头端部位移的增加而增加;弯头截面竖向椭圆化对弯头是有利的,而横向椭圆化是有害的;地面荷载作用使弯头最大当量应力减小,对弯头起保护作用。该研究旨在为直埋管道的安全性分析提供帮助。     

场地液化条件下埋地弯管道力学反应的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,建立了场地液化条件下埋地弯管的管土接触的土弹簧分析模型.在液化区设置过渡区,考虑非液化区的管土接触作用及液化区土对管道的约束作用,对管道的有效应力及轴向应力进行了分析.结果表明:当液化场地区域存在弯曲管道部分时,弯头处有效应力很大,使其成为整个管网系统中最薄弱的环节之一;弯头壁厚和曲率半径越大,弯管道有效应力越小,说明弯管越不容易发生破坏,有利于抗震;弯头所处液化区的位置距离液化区和非液化区交界处越远,弯管道所受的轴向应力越大,且存在一个最佳位置使得弯头有效应力最小.     

基于磁流变颗粒填充体的薄壁管精密弯曲成形

提出将铁磁硬质颗粒作为管坯内部填充体,并利用其在外磁场作用下的磁流变特性为管壁提供支撑,从而提高弯管精度的方法.对外径12 mm、壁厚0.5 mm的304不锈钢管绕弯进行了实验和数值分析.结果表明:利用铁磁颗粒填充体可有效控制弯管截面畸变、起皱等缺陷;添加填充体后,管坯变形区的椭圆度较无填充时下降了71%,随着外加磁场强度的增加,椭圆度较无填充时最大可下降88%.此外,铁磁填充体还使得管壁内侧起皱程度降低,变形区壁厚分布更加均匀,最大壁厚由0.68 mm下降至0.54 mm,最小壁厚也略有增加.     

不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律,基于1m³粉尘爆炸测试系统,搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构,利用玉米淀粉为实验介质,测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统,当粉尘浓度相同时,超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势,但其在弯管处的衰减程度会有所降低,且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管;火焰在管道内呈持续加速状态,但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管,弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.     

船舷侧板遭球鼻首撞击时的刚塑性分析及简化计算

本文从碰撞变形机理出发,采用薄膜理论,以数学表达式来描述舷侧板遭受球鼻首撞击时的变形模态,分别导出了舷侧板大变形下的撞击力P(λ),撞击能U(λ)和最大残余变形λ的理论公式;文中还从工程应用出发,导出了简化计算的解析式;经过实验验证,理论公式和简化计算公式,均与实验值吻合较好.     

竖直L形弯管中气液两相流压降特性

为探究重力作用下弯管的最佳几何形态,本文采用Fluent中的Realizable k-ε紊流模型结合Mixture两相流模型对竖直条件下L型弯管中气液两相流的压降特性进行了系统的数值研究。具体针对不同的弯径比R/D(R/D = 1~7)、气相体积率α(α = 0~0.3)和液相雷诺数Rel(Rel = 2.9×104^~2.1×105⁾条件,对弯管内气液两相流的压力和速度分布进行了深入剖析,并系统探究了压力损失随R/D、α以及Rel的变化规律,最终得到了一定范围内L型弯管压力损失的最佳弯径比。结果表明,在Rel = 88 690的工况下,0.05 < α < 0.3时,弯管的最佳弯径比约为2；在α = 0.2的工况下,Rel < 29 856时,弯管的最佳弯径比约为1,Rel = 59 713~149 282时,弯管的最佳弯径比不断增大,Rel > 179 139时,弯管的最佳弯径比约为4。     

交叉支撑内力取值方法对结构抗震性能的影响

针对现行规范中人为放大支撑内力设计交叉支撑存在的缺陷,提出弱剪型支撑设计方法.采用弹塑性时程有限元程序,对地震波作用下的强剪型和弱剪型支撑框架进行地震分析,结果表明:强剪型支撑框架柱先于支撑屈服发生无侧移失稳,导致结构水平位移和失稳柱竖向位移快速增加,而弱剪型支撑框架在地震下仅发生有侧移变形;强剪型支撑框架的支撑与柱应力应变曲线封闭面积小,表明耗能能力差,而弱剪型支撑框架中,支撑能够较早屈服使得支撑和梁柱的延性及滞回耗能能力充分发挥作用.建议设计支撑框架时,增加支撑屈服机构验算,保证支撑屈服后柱仍在弹性阶段工作.     

U型插板钢管连接节点承载力特性的非线性有限元分析

基于4个U型插板钢管连接节点的承载力特性的试验研究,考虑材料非线性和几何非线性,对U型插板钢管节点的承载力特性进行了非线性有限元分析.比较试验及计算分析得到的钢管连接节点的承载力位移变形曲线,试验结果与计算分析结果吻合较好.由于U型插板钢管节点的焊缝为空间焊缝而处于拉、压、剪的复杂应力状态,对钢管节点连接的极限承载力有较大的影响--降低承载力;分析比较由有限元计算分析得到等效厚度平面焊缝的承载力特性变形特性,得出空间焊缝极限屈服承载力要比一般的平面焊缝屈服极限承载力低,用一般平面焊缝的计算公式计算不合适.     

内压作用下弯管应力的实验研究

采用电阴应变测量技术研究了带有初始随圆度的弯管在纯内压作用下的应力分布。实验结果表明,弯头横载面上的环向应力和轴向应力分布均呈相似的“Ｗ”型,但各点环向应力的绝对值均大于轴向应力。最大应力在外弧线的环向,比直管高出６２．７％,最小应力在中线弧处,为负值。这种应力分布情况也与弯管受平面弯矩时完全不同。     

冷热原油顺序输送弯管内混油特性数值模拟

针对冷热原油顺序输送工艺,在已有混油理论基础上,建立冷热原油顺序输送混油计算的数学模型,采用有限容积法进行数值求解,并对竖直弯管内的混油特性进行分析研究.结果表明:重力作用方向与管道轴向的角度变化及流速分布变化是影响竖直弯管内混油特性的主要因素;在水平管段,重力方向与管道轴向垂直,导致混油浓度在径向分布不对称,而在竖直管段,重力方向与管道径向垂直,密度大的油品在上方时,混油量相对较大;在弯头及其后面直管内流速分布发生较大变化,高速区发生偏移,致使混油增强,混油前峰形状发生变化并且后行油品在径向的高含量区发生偏移.     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

基于Workbench的输流弯管流固耦合分析

运用ANSYS Workbench软件建立不同弯曲半径的弯管模型,分析了弯曲半径对所受流体压力以及内部流速分布的影响,得到了弯曲半径和管道入口压强对固有频率和整体变形的关系。结果表明:弯曲半径对流速分布影响显著,弯头处内侧流速大,外侧流速小;弯曲半径对弯头后段内壁压力影响显著;弯头处内侧受压小,外侧受压大;弯曲半径对整体变形的影响较小,而管道入口压强对整体变形的影响大;管道2、3阶固有频率随着弯曲半径的增大有下降趋势,随着弯曲半径的增大4阶固有频率增大明显。     

柔性压力管道甩击特性数值模拟

柔性压力管道作为一种重要的流体输送工具，以适用性强、安装快捷等特点广泛应用于临时或机动工程中，但随其耐压等级与额定流量不断提高，管道的振甩现象愈发突出，甩击事故时有发生，存在重大安全隐患。利用ANSYS Workbench平台对柔性压力管道脱扣断裂甩击行为进行数值模拟，研究了管道流速、流体物性参数、管道弯曲长度和弯曲半径、约束位置对甩击运动的影响。结果表明：管道的甩击运动具有很强的非线性特征，脱扣端的变形位移和甩击速度最大，固定端的等效应力最大；随管内流速增加，管道甩击的变形位移、甩击速度、等效应力增加，应变能呈高次方变化；随流体密度增加，管道甩击运动的主要参数都线性增加，流体黏度增加，管道甩击更加剧烈；管道长度越长，其运动周期越长；弯曲半径增大，管道甩击运动的主要参数都减小；而管道安全扣的约束位置主要影响了管道运行的长度和弯曲半径，从而对甩击运动产生影响，管道甩击振动由二阶模态主导。     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

Study of beat phenomenon on a pile-supported pipeline system subjected to wave loading

Classical beat phenomenon has been observed in most combined systems. The focus of this paper is to provide a better understanding of this phenomenon in an offshore pile-supported pipeline system. The beat phenomeon is caused by the coupling movement of the pipeline and its vertical pile support under certain conditions. It can induce excessive vibration and cause fatigue failure at pipe elbow. However, in some circumstances it does not exist. Numerical results in both frequency and time domains are presented to elucidate this phenomenon in a combined pipeline system. The conclusions of this paper could give constructive guidance to future design of simply supported pipeline systems.     

单弯管系统直管段振动特性实验研究

单弯管作为管路系统的基本结构,其振动会影响管路系统的使用寿命。为了研究单弯管系统的直管段振动特性,针对管路系统的实用性,参考Davidson单弯管模型采用实验的方法建立单弯管测实验台架。通过改变压力、流量和弯管角度,获得单弯管系统直管段关键部位的应变和振幅变化规律,总结单弯管系统直管段的振动特性。由实验可知:同一工况下,90°单弯管系统直管段中点振幅分别比45°和60°的增大了约22.9%和92.3%;单弯管系统直管段最大应变发生在直管两端固定支撑处,同时直管中点应变也较大;60°单弯管系统直管段关键部位的应变及振幅相对45°、90°的更小,且波动性小,比较稳定,压强变化对其的影响也最小。     

考虑残余顶推力作用时盾构下穿引起既有顶管管廊变形

针对隧道开挖引起上覆既有顶管管廊变形的工况,提出了一种可考虑顶管管廊残余顶推力的管廊竖向变形理论计算方法。第一阶段采用修正Loganathan公式解得隧道开挖引起周围土体的自由位移,把土体自由位移附加在既有管廊轴线上,第二阶段将既有管廊简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Pasternak地基模型上,同时考虑管廊轴力对其变形响应的影响,随后根据管廊两端自由的约束条件提出了隧道开挖引起既有管廊受力变形半解析解。研究结果表明：与某工程实测数据验证对比,本文方法计算结果与实测较为符合;与本文方法退化解析比较,本文方法预测结果更具有优越性。进一步参数得到如下结论：地层损失率的增大会使得既有管廊位移及其内力呈现线性增大的趋势;随着管廊直径的增大,既有管廊位移和弯矩会迅速增大,其增速也在不断增大;随着隧道开挖轴线埋深的增加,既有管廊位移和内力均会大幅度减小。     

隧道开挖对既有管线沉降的影响

隧道施工使周边管线的附加应力及变形加大,严重影响管线安全,而管线监测通常落后于施工,只有正确地预估管线沉降和沉降规律才能保证施工安全。针对这一问题,采用ANSYS分析软件,考虑管土之间的相互作用,模拟隧道台阶法施工的实际过程,探讨隧道浅埋暗挖施工对管线的影响,分析其沉降规律,并与实测值对比,研究管线直径、埋深、材质、埋置年代等对其沉降的影响规律。研究结果表明:模拟值略小于实测值,但沉降规律一致,地下水的损失以及地面荷载都将加大管线沉降;管线的最大沉降与管线直径大致成正比关系;埋深对管线变形的影响较大,近地面处随埋深的加大管线沉降加大,靠近管线处随埋深的加大沉降减小;不同材质管线的沉降从大到小依次是PVC管、混凝土管、铸铁管、钢管;壁厚对管线的影响不大。     

轨道式管道焊接机器人焊缝跟踪方法研究现状

首先简述了截至2013年世界石油天然气管线的铺设情况以及采用熔化极气体保护焊(GMAW)的轨道式管道焊接机器人在工业中的应用情况、工作特点和优势,然后,较为全面地介绍了熔化极气体保护焊中常用传感器的分类,详细分析了它们的焊缝跟踪原理、优缺点和在管道焊接中的应用情况。研究发现,电弧传感器和视觉传感器具有实时性好、信息量大、跟踪精度高等优点,是管道焊接中应用最广泛的两种传感器,单一的传感器在不同工艺的焊缝跟踪中跟踪精度容易受到限制,而采用多种传感器相结合的方法可以极大提高油气管道的焊缝跟踪精度。采用视觉传感和电弧传感相结合的焊缝跟踪系统已经在日本投入天然气现场管线的焊接,并获得了良好的焊接效果。最后得出结论,焊接过程中应该根据工艺特点采取不同的跟踪方法,而采用多种传感器结合的方式可以提高焊缝跟踪精度,必将成为今后研究的热点。     

均布切向荷载输流管道的临界流速及稳定性分析

研究了受均布切向荷载作用下输流管道发生静态失稳的临界流速.建立了简单的管道模型,并根据微元的受力平衡建立了整个管道系统的微分方程,利用Ritz-Galerkin对其离散化,然后无量纲化.运用MATLAB中Runge-Kutta数值积分方法对微分方程求解,并分析了切向力和质量比对管道系统的影响.