三标度AHP在海洋平台原油储罐安全评价中的应用

针对海洋平台原油储罐风险因素具有复杂性和模糊性,且各因素权重难以分配的问题,提出采用三标度AHP法对其进行安全评价.简述三标度AHP的优点和方法步骤.以渤海某固定式海洋平台上的原油储罐为例,建立安全评价指标体系,采用三标度AHP法确定各因素权重.运用二级模糊综合评价模型进行安全评价,确定安全等级为"良",并根据评价结果提出预防管理重点.     

预应力碳纤维修复含裂纹钢板的应力强度因子分析

海洋平台作为海上油气勘探开发生产的重要装备,随其服役期临近设计使用寿命,平台在多种载荷的作用下已存在多种形式的裂纹缺陷,对其开展修复加固研究以延长服役期是降本增效提质的有效措施。碳纤维复合材料(CFRP)凭借其优异的力学性能,可应用于海洋平台的修复加固技术,从而达到延长服役期的目的。本文建立了CFRP修复含裂纹钢板有限元模型,结合线弹性断裂力学,验证了模型的可靠性,考虑了预应力对修复效果的影响,进行了以裂纹尖端应力和应力强度因子为评价指标的仿真分析研究,并拟合了CFRP上预应力与应力强度因子之间的变化关系。研究表明： CFRP可以减小裂纹尖端的应力和应力强度因子,CFRP对含裂纹钢板有良好的修复效果;并且裂纹尖端的应力强度因子随着CFRP上预应力的增大而减小,预应力的施加可以增强CFRP对含裂纹钢板的修复效果;此外,CFRP上预应力与应力强度因子之间存在线性关系。     

超声检测中频谱特性变化的有限元模拟

通过数值模拟方法研究分析了声波在固体中的传播,并对模拟信号进行频谱分析,以期进一步认识超声检测的基本机理.从比较成熟的有限元基本理论出发,建立了具有吸收边界的二维有限元模拟模型,对不同大小的裂纹、方形横穿孔、圆柱形横穿孔三种典型缺陷的模型进行了模拟研究;通过对截取的时域A-扫描曲线上缺陷和底面回波进行频谱分析,所得到的不同缺陷的频域特征量和缺陷敏感频率可以识别出文中所述各种缺陷;应用有限元模拟方法所得的结果对实际应用有一定的参考意义.     

含曲率结构裂纹的超声红外热波检测数值仿真

针对含曲率结构中裂纹缺陷的检测,采用数值仿真方法研究了超声红外热波技术的可行性。建立不同曲率含有裂纹缺陷复合材料构件的有限元模型,在超声波的激励作用下,获得了构件表面温度分布图,实现了对裂纹缺陷的检测,并对比分析了构件的曲率对检测结果的影响。结果表明:超声热波方法可以应用于含曲率结构的裂纹缺陷检测,并且结构的曲率越大,检测结果越好。     

基于损伤力学与安全衰减路径的含裂纹缺陷压力容器扩展寿命分析

针对含裂纹缺陷压力容器的疲劳裂纹扩展寿命问题,在裂纹缺陷的安全衰减路径仿真基础上,提出了一种预测裂纹缺陷疲劳扩展寿命的计算方法。首先根据裂纹长度和深度的几何关联变化模型,基于该关联模型与失效评定图（FAD）仿真裂纹缺陷的安全衰减路径轨迹,然后采用数学积分方法求解安全衰减路径的长度和剩余轨迹线段长度,以此为度量建立裂纹缺陷安全裕度及损伤程度的计算模型,结合低周疲劳试验数据,在Lemaitre能量损伤理论上建立一种裂纹疲劳扩展寿命预测模型。此外,本文对某压力容器进行了算例分析,并运用本文提出的模型计算结果与Paris公式的计算结果及扩展有限元仿真的结果进行对比,结果表明,该方法对压力容器含裂纹缺陷的疲劳寿命评估有一定的实用价值。     

金属内部裂纹的超声衰减特性与近表面缺陷识别

建立了包含裂纹缺陷的二维金属板模型.采用有限元方法,对具有不同深度裂纹的材料内部超声波场进行计算,获得了不同裂纹深度金属材料上表面的回波信号,分析了裂纹深度对超声波传播特性的影响规律.进一步分离提取不同阶次底面回波的频谱特征,获得了由裂纹缺陷引起的超声衰减系数随频率的变化关系.最后提出了通过底面回波频谱图辨识近表面裂纹缺陷的方法.     

“海洋平台结构检测维修、安全评定与实时监测系统”获得国家科技进步奖二等奖

由哈尔滨工业大学与石油大学(华东)等7家单位共同完成的“海洋平台结构检测维修、安全评定与实时监测系统”获得国家科技进步奖二等奖。该获奖项目是在中国海洋石油总公司资助下完成的,其中,石油大学(华东)机电工程学院陈国明教授承担了“海洋结构裂纹类缺陷评估与寿命预测的研究”分课题,对海洋导管架式平台的裂纹评估、寿命预测与安全检测技术等问题进行了较为系统而深入的探讨,取得了含裂纹平台构件可靠性综合评估、海洋结构整体疲劳寿命计算方法、海洋平台缺陷评定与寿命预测软件系统OSDALP及平台测点优化等多项成果。基于该分课题研…     

组合初始缺陷对裂纹板极限强度的影响分析

针对含裂纹损伤船体板上的初始缺陷(初始变形、焊接残余应力),利用非线性有限元方法进行了仿真模拟以及相关计算,系统地分析了初始变形、焊接残余应力及其组合对不同裂纹情况的船体板在纵向压力下的极限强度影响.通过数值计算结果的对比分析和讨论,得到当裂纹长度较小时,组合初始缺陷对裂纹板极限强度的影响占主导地位,且初始变形更大;当裂纹长度较大时,裂纹损伤对板极限强度的影响占主导地位.     

重载货车钩舌裂纹应力强度因子分析

服役条件的恶化和铸造缺陷的存在导致重载货车钩舌大量出现裂纹.根据实际应用中钩舌裂纹的出现位置和宏观形态,建立了含裂纹的钩舌有限元模型.采用相互作用积分法分析了牵引面水平中心线位置处、水平中心线附近及沿水平中心线处裂纹前缘的应力强度因子,并结合裂纹区不同位置处应力的变化特征,分析了应力对裂纹应力强度因子的影响.结果表明,牵引面处裂纹前缘的应力强度因子与裂纹位置和裂纹形状比有关,且相对于裂纹尺寸,应力对应力强度因子的影响更大.     

大型储罐外压稳定性

应用ANSYS有限元软件对某大型外压储罐进行屈曲分析,得到非线性屈曲分析的临界失稳外压只有特征值(或线性)屈曲分析结果的70%～80%,说明了线性屈曲分析不能用于工程实际.同时,研究了初始缺陷对非线性屈曲分析临界失稳外压的影响,发现缺陷大小与临界失稳外压成线性关系,因此标准规范中对大型储罐的设计制造误差提出了严格的要求.     

15万m3原油储罐方案优化设计

针对设计提出的3种储罐设计方案和已经实施的一套储罐方案,利用有限元程序进行了分析,这3种方案的总容积相同,但各段环板的高度和厚度有变化;采用大型非线性有限元软件ABAQUS,对4种方案的15万m3双盘式浮顶罐原油储罐的应力进行了分析,计算得出了储罐的应力分布;通过应力分析比较,确定比较合理的设计方案。对于确定的设计方案,使用相关规范进行了应力评价,罐环板能够满足要求。储罐底板应力比较小,边缘底板与侧壁焊接部位的内侧应力很高,应力值超过材料的许用应力,但将应力分类后,应力能够满足相关法规要求。     

含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法

粉末冶金工艺流程中引入的微缺陷在循环载荷作用下易成为疲劳裂纹萌生点,导致涡轮盘实际使用寿命低于设计使用寿命从而引发灾难性事故。在目前工艺水平无法完全避免粉末冶金缺陷的情况下,为保证我国商用航空发动机能够取得适航认证并进入国际市场,发展并建立含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法是十分必要的。在有限元应力分析基础上,根据裂纹附近的周向拉伸应力计算应力强度因子;然后依据Pairs公式,采用逐次循环累加的方式逐步更新裂纹长短轴与裂纹中心坐标来模拟裂纹扩展过程,最后以临界断裂韧度为失效判据建立了含缺陷涡轮盘的实际使用寿命计算方法。以含缺陷一级涡轮盘为对象的实例分析表明,该方法能够根据超声波探伤检测结果计算出含缺陷涡轮盘在发生破裂前的实际使用寿命,以及缺陷形状、尺寸及应力强度因子随飞机起落循环数的变化曲线。使用三维有限元裂纹扩展模拟进行了校核计算,发现本文方法得出的寿命结果偏于保守(相对误差2.82%),且计算效率方面有明显优势。     

基于有限元与神经网络的含裂纹缺陷管道安全性分析

油气管道在服役过程中受外界环境影响(特别是大气和土壤作用),极易发生腐蚀而在管体表面产生腐蚀缺陷。这些缺陷会对在役管道的服役安全造成严重损害,其中尤以裂纹型缺陷危害程度最大。裂纹缺陷的存在将破坏管体表面的几何连续性,改变裂纹周围的应力应变状态,最终导致管道承压能力下降,危及管道服役安全。为此,该研究首先通过有限元方法建立含裂纹缺陷的管道模型,分析在不同裂纹深度、长度和管道内压下管道裂纹处最大应力和应力强度因子K_I等参量的变化规律。然后利用有限元分析获得的特征数据,采用前馈神经网络模型,建立含裂纹缺陷管道最大应力和K_I的预测模型,实现对含缺陷管道最大应力状态的高效和准确预测,为管道安全性分析提供技术支持。     

随机波浪力作用下导管架海洋平台动力响应分析

本文以实际的导管架海洋平台为研究对象,应用大型有限元软件ANSYS对平台进行了有限元建模,建模过程中采用APDL命令和GUI菜单相结合的方式,进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型,在此基础上考虑随机波浪作用,分析得到海洋石油平台的结构动力响应,所得结论对于导管架平台安全性和可靠性的评价有一定指导意义。     

裂纹参数对深水海底管道疲劳寿命的影响

分析海底管道在运行期间产生缺陷的类型,并统计了近几年发生的海底管道事故的原因,发现裂纹缺陷的出现是引发这些管道事故的首要原因.裂纹缺陷会引发管道泄漏甚至断裂.针对裂纹缺陷对海底管道疲劳寿命的影响,考虑断裂力学的相关理论,运用ANSYS有限元软件对管道所受的载荷情况、管壁上裂纹的长度、深度等参数进行了敏感性分析,研究了各参数对管道疲劳寿命的影响规律,并得出了管道失效的主要原因.仿真结果表明:载荷区间、裂纹长度、深度变化都会对管道的疲劳寿命产生较大的影响,其中裂纹深度的变化是管道疲劳寿命的主要影响因素.分析结果可以为海洋工程实际提供参考.     

渤海湾海洋平台在环境荷载作用下可靠性分析

基于渤海湾浅海海洋平台在动力荷载作用下的动态响应进行分析,建立合理的海洋平台有限元模型。根据我国海洋平台相关规范及渤海湾环境条件选择相应的荷载计算理论,分析海洋平台在环境荷载工况下的受力情况。利用有限元软件模拟海洋平台结构,通过APDL语言分析海洋平台在环境荷载作用下的动力响应;通过有限元软件的可靠度分析模块,对海洋平台可靠度进行分析。     

热交换管内壁半椭圆裂纹应力强度因子的数值研究

使用ANSYS软件建立了热交换管内壁横截面上含半椭圆裂纹的有限元分析模型,用来模拟裂纹尖端应力奇异性.通过对裂纹前缘进行离散,得到不同扩展的裂纹前缘.在不同热机械耦合载荷下,计算并比较了不同裂纹参数下有限元模型的应力强度因子K_Ⅰ值.讨论了K_Ⅰ值分布规律以及影响其分布情况的因素.     

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

本文基于数值模拟和宽板拉伸实验方法,研究了单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为。首先基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸,然后利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型,通过分析外力下的应力分布特点,验证了管道宽板模型的可靠性；其次采用有限元软件研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律,结果表明相对长度0.79(实际长度为20mm)和相对深度为45.98(实际深度4mm)的缺陷对裂纹萌生影响较大。最后通过设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,结果表明宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生了较大影响。     

油气管线裂纹型缺陷的疲劳寿命预测

利用文献数据,采用Paris公式计算和分析含轴向表面裂纹的油气输送用X60管线钢的疲劳裂纹扩展过程,通过对比含裂纹缺陷油气输送管的全尺寸实物疲劳试验结果,对所采用的基于失效评定图技术的含裂纹缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果进行了间接的试验验证.结果表明,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与试验结果相吻合,采用小试样测试结果经Newman法修正后进行油气输送管道的疲劳寿命计算和分析是可行的.     

基于光滑有限元的含裂纹复合材料的虚拟裂纹闭合法

为提高求解断裂参数的精度和效率,将光滑有限元法与虚拟裂纹闭合法相结合,提出光滑有限元-虚拟裂纹闭合法.对含不同长度和角度的倾斜裂纹复合材料圆板的断裂参数进行了求解,并与有限元-虚拟裂纹闭合法计算结果进行了对比.数值算例结果验证了该方法具有高精度,裂纹尖端处单元不需特殊处理,对网格尺寸要求低等优点,是分析断裂问题简洁高效的数值计算方法.