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。     

自升式平台齿轮齿条强度有限元分析

基于有限元软件ANSYS建立某自升式平台升降系统齿轮齿条的三维模型,并计算平台在预压状态下齿轮齿条的应力,分析齿轮齿条在不同啮合位置时的Von mises 应力和齿面接触应力的分布情况,并将其与公式计算值进行对比.结果表明:齿轮齿条啮合过程中接触面上应力呈带状分布,最大应力出现在带状区域的两端,带状区域的中部应力相对较小;齿面和齿根是齿轮齿条啮合接触过程中容易失效的部位,升降系统齿面接触应力与齿根弯曲应力偏高,在升降系统的设计中应采取措施降低相应应力或提高材料强度;基于有限元方法的计算结果与公式计算值误差较小,可以作为该齿轮齿条强度分析的依据.     

大型开式齿轮损伤强度数值模拟分析

以某自升式平台齿轮、齿条升降系统为原型,基于数值模拟方法研究损伤对于大型开式齿轮强度的影响。利用有限元软件ANSYS建立自升式平台齿轮、齿条三维模型,定义齿轮表面硬化层与基体材料属性,用弹塑性方法分析平台在预压工况下齿轮、齿条的应力分布并将其与弹性分析结果进行对比。建立磨损、点蚀、裂纹齿轮模型并进行啮合模拟分析,研究不同损伤形式对于齿轮强度的影响。结果表明:齿面损伤的存在改变了啮合过程中轮齿上应力应变的分布,磨损使得塑性变形增大;点蚀和裂纹造成局部应力集中,将不同程度地降低齿轮的承载能力。     

自升式平台齿轮齿条损伤温度检测方法

基于ANSYS有限元软件建立某自升式平台升降系统齿轮齿条啮合三维有限元模型,分析齿轮齿条啮合过程中轮齿温度场分布。在此基础上,建立磨损、点蚀、裂纹损伤齿轮模型,对比分析损伤齿轮与完整齿轮啮合过程中温度场分布的差异。结果表明:利用高精度红外热像仪可以准确捕捉啮合过程中轮齿温度场分布;温度场检测是自升式平台升降系统齿轮齿条无损检测的一种新方法。     

非停输管道焊接修复极限压力设计

打孔盗油管线在焊接修复过程中产生的局部高温使热源周边材料强度降低,因此在非停输状态下进行焊接可能导致管道在内压作用下发生破裂事故.基于ANSYS有限元软件平台,对焊接修复过程中的温度场进行数值模拟,并根据模拟结果,计算管道的有效壁厚,从而确定在非停输状态下焊接修复时管道所能承受的极限压力,并进一步分析了焊接速度对极限压力的影响.结果表明,随着焊接速度的减小,管道承压能力降低.     

含腐蚀缺陷管道拉伸应变能力预测模型研究

在埋地管道的基于应变设计和评估中，准确和可靠的拉伸应变能力(TSC)预测至关重要。国际管道研究理事会和可靠能源系统中心等研究机构提出的多种TSC预测模型均不适用于具有腐蚀缺陷的管道。鉴于此，本文基于经全尺寸管道拉伸实验验证的广泛参数有限元分析，提出了一种适用于腐蚀管道的TSC预测模型。在所提出的模型中，根据TSC与影响参数之间的相关关系，构建了一个缺陷几何因子函数以描述腐蚀缺陷尺寸(缺陷深度、宽度和长度)对拉伸应变能力的影响。通过非线性回归分析和误差分析验证了所提出模型的准确性和可靠性。结果表明：与有限元结果相比，所提出模型的平均预测误差为5.78%；与实验测试结果相比，模型的最小和最大预测误差分别为3.68%和24.51%；模型的预测范围可以满足应变设计地段腐蚀管道实际安全评估的需求。     

基于管土作用模型的极限滑坡位移预测

滑坡作为典型地质灾害之一，严重威胁埋地管道的安全运行。若能准确预测管道所能承受的极限滑坡位移，则可结合先进的滑坡监测技术对管道失效事故进行有效预判。有鉴于此，本文首先建立并验证了基于非线性接触的管土作用模型，之后对模型参数及边界条件设置进行了讨论，最后基于形成的模拟方法研究了应力/应变准则下极限滑坡位移预测方法。结果表明：两侧设置无限边界的非线性接触管土作用模型更适用于真实滑坡工况下管道力学响应分析，可实现土体与管道大变形及管土分离的有效模拟，并可用于基于应力及应变准则的极限滑坡位移预测。本文为山区管道的安全设计及滑坡事故的防控提供了有效的技术手段。