均匀腐蚀下防落梁钢圈限位装置力学性能

目的研究防落梁钢圈限位装置在不同均匀腐蚀率下的力学性能,建立腐蚀率与暴露时间关系式,提出均匀腐蚀下钢圈限位装置剩余承载力计算.方法以均匀腐蚀率为设计参数,设计4个试验试件进行单调加载试验,建立4组共20个有限元分析模型,得到均匀腐蚀下钢圈限位装置的力-位移曲线和最终破坏形态,并分析均匀腐蚀率对装置力学性能的影响.结果得出了工程常用的矩形截面钢材均匀腐蚀深度和均匀腐蚀后钢圈限位装置剩余承载力的计算方法.随着均匀腐蚀率的增加,钢圈限位装置的一阶稳定刚度K_1和极限承载力均呈现下降趋势;均匀腐蚀率对构件的二阶稳定刚度K_2和极限位移无明显影响.结论均匀腐蚀对钢圈限位装置的力学性能影响较大,矩形截面均匀腐蚀深度和均匀腐蚀后钢圈限位装置剩余承载力的计算方法降低了工程实际应用时的计算难度.     

腐蚀燃气管道地震波作用下的可靠性分析

城市腐蚀燃气管道是震后恢复中重要的生命线工程之一,因此对腐蚀燃气管道在地震条件下的可靠性分析具有重要的意义.根据地震波传播产生的轴向应力和腐蚀应力模型,建立了城市腐蚀燃气管道可靠性评价的极限状态方程,采用蒙特卡罗方法模拟了管道的失效概率.由淮南市燃气管道案例的分析结果发现,地震对管道产生轴向应力作用主要归因于峰值地表速度;地震和腐蚀作用对燃气管道的破坏作用较为严重,并且因地震波传播的影响区域很大,对两种因素进行综合分析具有重要意义;减小管材屈服强度、工作压力等参数的变异程度,能够有效地增加腐蚀燃气管道的可靠性;由管道安全的变量重要性分析,得出交通荷载、影响系数和弯曲惯量系数对管道安全最为重要.     

扭矩与外压联合作用下海底管道的屈曲研究

针对海底管道在铺设和服役期间受到扭矩与外压联合作用发生屈曲的问题,进行缩比尺管道实验和有限元建模分析,对管道的变形和压溃规律进行研究．以缩尺比管道实验为基础,利用ABAQUS有限元软件,对实验管件在扭矩与外压联合作用下的压溃破坏进行模拟,并与实验结果进行对比,验证模型的可靠性．基于有限元分析,研究了扭矩和外压联合作用下管道的截面变形和承载极限．研究结果表明,管道受扭矩作用时,管道截面椭圆度与扭矩是近似指数相关,扭矩较小时,截面无明显变形;当扭矩接近扭矩承载极限时,椭圆度剧增.管道受扭矩和外压联合作用时外压对管道变形影响更大,管道的破坏以压溃屈曲为主,截面为“哑铃状”．管道椭圆度缺陷越大,外压承载极限越小;管道承受的扭矩载荷越大外压承载极限越小;得到了扭矩与外压承载极限的无量纲关系曲线,此关系不受椭圆度影响,扭矩越大外压承载极限的下降速率越大;建议海底管道设计扭矩不超过扭矩承载极限值的70%,以提升管道在扭矩与外压联合作用下的安全性．P-T路径比T-P路径更危险,载荷路径引起的管道承载极限差异在10%以内,椭圆度会降低载荷路径的影响差异．     

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。     

双参数地基上分布随从力作用下输流管道的稳定性

研究了Pasternak双参数地基模型基础上分布随从力作用下的两端固支输流管道的稳定性.建立了管道运动微分方程,并采用传递矩阵法对无量纲方程进行求解.通过研究双参数地基上输流管道的临界流速和复频率变化,分析了在四种不同地基刚度组合下,分布随从力、流速等对系统稳定性的影响.数值计算表明:地基刚度不变时,不同分布随从力和流速作用下系统的稳定性有很大的差别;在随从力和流速相同的情况下,地基刚度对系统稳定性有很大影响,且其中的剪切刚度比线性刚度的影响更加显著.     

含内部随机点蚀的2D圆环管道模型屈曲研究

通过建立有限元模型分析了内部随机点蚀对外压作用下2D圆环屈曲压力的影响.由于管道内部多相流侵蚀-腐蚀的影响,管道极易在6点钟方向产生内部沟槽腐蚀和点腐蚀,进而导致管道损坏失效.内部腐蚀是造成深海管道损坏失效的重要因素,针对内部随机点蚀对管道屈曲压力影响的问题,将用户自定义的Python程序嵌入Abaqus有限元数值模拟软件进行研究.把管道简化为2D圆环模型,利用Python程序中均匀分布随机数生成器,建立多个随机点蚀圆片模型;根据内部随机点蚀的特点,采用随机数发生器得到在2D圆环内表面3点钟到9点钟方向随机分布的点蚀坐标;在整体坐标系下完成模型装配后,运用Abaqus软件中的布尔切割运算功能建立了含内部随机点蚀的2D圆环有限元模型.使用上述模型研究了外压作用下内部随机点蚀对圆环屈曲压力的影响,模型校准后基于该2D圆环模型开展了参数敏感性分析,研究结果表明椭圆度、径厚比和腐蚀比是影响2D圆环屈曲压力折减系数的主要因素.基于多参数非线性回归分析,建立了椭圆度、径厚比和腐蚀比3个参数对外压作用下含内部随机点蚀2D圆环屈曲压力折减的经验公式.研究结果可为内部随机点蚀作用下的海底管道的极限强度评估和剩余寿命分析提供参考.     

双点腐蚀缺陷管道剩余强度的有限元分析

以X60管线钢双点腐蚀缺陷管道作为研究对象,根据油气管道的本身特点以及腐蚀机理,借助ANSYS有限元分析软件,考察双点蚀缺陷管道应力云图分布规律,通过改变双点蚀缺陷半径、深度和腐蚀间距,考察其对剩余强度和等效应力的影响规律.结果表明,最大等效应力出现在双点腐蚀缺陷周围区域;随着内压的增大,在未达到屈服极限时,等效应力与内压呈线性关系,当等效应力达到屈服极限时,随着内压的增加,等效应力维持不变,当等效应力超过屈服极限时,随着内压的增大,等效应力增加;随着双点蚀缺陷半径的增大,剩余强度呈增加的趋势,安全性提高;随着双点蚀缺陷深度的增加,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低.所得结论对油气管道腐蚀与防护有一定的指导意义和参考价值.     

基于改进广义极值分布的核管道最大腐蚀深度预测

针对核管道腐蚀的环境复杂性和过程随机性问题以及极值分布模型选择不当所引起的拟合误差问题,采用广义极值分布模型预测核管道腐蚀深度的发展规律,并提出基于免疫遗传算法参数优化的核管道最大腐蚀深度预测及评估方法:对核管道取样管段上腐蚀深度进行统计分析,计算相应的累计概率;利用免疫遗传算法优化广义极值分布函数的统计参数,得到核管道最大腐蚀深度的概率分布函数;由小样本腐蚀深度预测整条管道的最大腐蚀深度ydi,并评估超过最大腐蚀深度ydi的概率.利用不同核管道腐蚀深度进行计算机预测仿真.研究结果表明:改进后的广义极值分布模型不会受限于样本极值数据的具体分布,具有较好的通用性,且模型参数寻优过程收敛速度快,拟合效果较理想.     

埋地灰口铸铁管失效预测模型及影响参数分析

针对研究解决早期埋设的灰口铸铁管存在的破损频繁、漏失严重等影响输配水安全问题,运用管土相互作用受力模型得到管道应力,结合灰口铸铁管的腐蚀模型、剩余强度评价方法和失效准则,得到管道失效预测模型,最终利用蒙特卡罗方法计算管道可靠度,并进行影响参数分析.计算结果表明:大直径管道失效主要由环向应力控制,而小直径管道失效多为纵向应力控制;由于渗漏或不均匀沉降引起的管道基础局部流失在腐蚀深度超过一定深度时对失效概率的影响较大;腐蚀模型参数、未支撑长度、剩余强度参数对安全因子分布具有重要影响.腐蚀是影响灰口铸铁管失效的重要因素,意在减缓腐蚀速度的管道防腐技术可以有效减少管道的失效频率,延长管道使用寿命.     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

管道内腐蚀极限荷载的非线性研究

腐蚀是管道破坏的主要原因,本文用计算机辅助软件Ansys系统,对含有轴向内腐蚀缺陷的管道进行了极限荷载的非线性研究。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则 ,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式 ,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

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。     

长期荷载作用对内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

利用ABAQUS建立考虑长期荷载作用的内配工字型钢方钢管混凝土轴压短柱数值分析模型.通过与已有试验数据对比,验证建模方法的可行性.在此基础上对该类新型组合柱进行力学性能分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比.最后,分析长期荷载比、混凝土强度、钢管含钢率、型钢含钢率等对长期荷载作用下构件变形和承载力的影响规律.结果表明:长期荷载使组合柱中钢管和型钢提前进入塑性屈服,增大组合柱达到极限承载力时二者与混凝土的接触应力,改善其对混凝土的约束作用,使组合柱极限承载力提高,对应应变增大.参数分析表明:混凝土强度提高增大了长期荷载对组合柱的影响,钢管含钢率和型钢含钢率的增加使长期荷载影响减弱.     

盐酸腐蚀混凝土受反复压应力作用时的力学性能

现有关于混凝土受酸腐蚀的研究多集中于对混凝土结构在不受荷载或受单调荷载作用下力学行为的探究,为研究盐酸腐蚀环境下在役混凝土构件承受反复荷载时的力学性能变化规律,文中首先设计并制作6组混凝土棱柱体试件,以质量分数为1%的盐酸对试件进行全浸泡加速腐蚀,开展不同腐蚀龄期下混凝土的单调及反复轴压荷载试验,探讨腐蚀对混凝土在反复轴压荷载作用下力学性能的影响;然后提出了有效承载截面积比的概念,引入有效承载面积比的下降段修正系数,建立反复荷载下盐酸腐蚀混凝土的实用本构模型,并对模型进行验证。结果表明：盐酸腐蚀对混凝土破坏特征具有显著影响,荷载作用下腐蚀混凝土表面易剥落,随着荷载递增,表面剥落面积变大;同时,随着腐蚀龄期的增加,抗压强度明显下降,承载能力迅速降低。不同腐蚀龄期混凝土在反复荷载作用下的应力-应变曲线包络线与单调加载基本一致;但由于腐蚀混凝土内部损伤的累积,反复荷载下应力-应变曲线下降段较单调荷载下的斜率更大,破坏较为突然,混凝土的峰值应变较单调荷载下的有所减小,但变化不大。随着盐酸腐蚀龄期的增长,在反复荷载作用下混凝土峰值应变、极限应变明显增大,而峰值应力、弹性模量大幅度下降,相较于未腐...     

静压桩沉桩机理及承载力试验

为了研究静压桩在沉桩过程中的力学机理以及后期的承载力特性,设计了静压桩模型系列试验.通过试验,明确了在均质粘性土中静压桩的沉桩机理以及在极限荷载作用下静压桩的承载力和压桩力的关系.结果表明:在均质粘性土中压桩,桩侧阻力和桩端阻力占压桩力的比例是变化的,端阻力在压桩前期所占比例较大,而在压桩中、后期侧阻力大于端阻力;卸除压桩荷载后,由于桩顶自由且上段桩侧摩阻力较小,静压桩会发生回弹,但是桩身下段特别是端部由于受到桩周土体的约束,其形变不能得到完全恢复,即存在桩端残余力,它将造成利用常规方法计算的桩承载力偏小;由于静压桩在压桩和静载荷试验过程中的荷栽传递机理不同,加之桩周土体的固结恢复,导致了终压时的桩端阻力值和静载荷试验最大加载值下的桩端阻力值差异较大;静载荷试验验证了恢复期越长,静压桩的极限承载力提高幅度越大.     

多缺陷相互作用及对油气管道强度影响研究

采用有限元数值计算方法,对单个均匀腐蚀管道进行模拟评价,得出管道的剩余强度,进而与标准的API579准则评价结果进行对比分析,结果表明有限元计算结果与API579准则评价结果接近,验证了有限元模型的正确。对含有不同轴向间距和不同缺陷长度的两个腐蚀缺陷的管道进行计算和分析,研究发现腐蚀缺陷的长度和轴向间距并不是单独作用的参数,在计算腐蚀干涉极限影响距离时应考虑其相互影响。通过ABAQUS有限元软件计算分析,拟合得到腐蚀缺陷在不同长度下的极限距离影响公式。该公式综合考虑了两腐蚀缺陷的长度和腐蚀轴向间距的影响,可以用于快速判断两腐蚀缺陷之间是否发生相互干涉作用。     

带腐蚀缺陷的架空输油管道抗震完整性分析

针对输油管道腐蚀后承载能力降低的问题,文章以ASME B31G标准为依据,利用断裂力学方法计算了带有腐蚀缺陷管道的剩余强度,并利用有限元软件ADINA建立了不同腐蚀深度、不同腐蚀位置以及不同场地上的输油管道的有限元模型,并进行了地震响应分析。分析结果表明:随着腐蚀深度的增加,管道抗震完整性降低,且当腐蚀深度超过管道壁厚的20%时,必须进行强度修复;管道外部的腐蚀缺陷比内部的对管道抗震完整性影响更显著;带有相同缺陷的管道,在Ⅱ类和Ⅲ类场地上抗震完整性较好,在Ⅰ类场地上抗震完整性最差。     

钢管混凝土悬臂短柱试验研究

对 4组共 13根钢管混凝土悬臂短柱进行了试验 .试验参数包括轴压比、含钢率和混凝土强度 .对试验结果进行的分析表明 ,轴压比对钢管混凝土弯压构件受力性能的影响最为显著 .钢管对核心混凝土的紧箍力作用随轴压比的减小而减弱 .最后对试验过程钢管应变达到某些特定值时所对应的荷载与最大荷载进行了分析     

逆断层作用下埋地管道局部屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道的局部压溃和起皱行为,以黄土地层埋地管道为例,建立了管土耦合数值计算模型,分析了逆断层作用下埋地管道的变形及局部屈曲过程,研究了内压、径厚比及地层位错量对管道局部屈曲模式的影响规律。结果表明,随着地层位错量增大,断层面两侧管道出现应力集中,并逐渐演化为局部屈曲,埋地管道变形曲线由S形变为Z形,断层面两侧的管道变形并非呈对称或反对称分布,上盘区的管道屈曲现象较下盘区更为严重;地层位错量大于3倍管径时,管道轴向应变迅速增大;无压管道和低压管道的局部屈曲模式为压溃,而随着内压的增大,管壁屈曲模式由压溃变为起皱,且管道起皱幅度随着内压的增大而增大;上盘区管段屈曲部位与断层面之间距离受内压、径厚比影响较小,而压溃模式下下盘区屈曲部位与断层面之间的距离随着内压的增大而减小,起皱模式下二者之间的距离随着内压的增大而增大;不同地层位错量作用下,管道最大轴向应变随径厚比的变化呈现出不同变化规律。