海底管线地震应力分析方法和建议

比较全面地分析并概述了海底管线抗震设计所面临的问题；结合工程应用，给出了解决这些问题的基本思路和建议，希望能够对海底管线抗震设计方法研究和抗震规范的制定提供一定的帮助。     

海底管线溢油的数值模拟

采用VOF方法,选择压力速度耦合的PISO算法建立海底管道孔口溢油预测模型.模拟油滴在浮力的作用下的上浮过程,分析比较不同管内压力和不同水流速度条件下的溢油量、油滴漂移扩散轨迹.计算结果表明,管道内压力直接影响单位时间溢油量,而水流速度等海况条件是影响溢油行为和归宿的重要因素之一.数值模拟方法可为溢油应急决策提供理论依据.     

温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进

海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题是管线设计的关键性问题之一．结合实际工程，探讨了管线屈曲变形的计算方法，分析了温差、地基土特性、管线埋深和膨胀弯设置等因素对管线屈曲变形的影响，并初步探讨了考虑初始缺陷管线的稳定性分析方法和工程对策．结果表明，管线中的应力随着温差的增加、地基土体摩阻力的增大及管线上覆土厚度的增长而增大，设置膨胀弯可以使其端部一定范围内的管线自由变形．从而释放由于温差和压差作用在管线内产生的附加应力．当管线有足够的埋深时，不发生竖向的屈曲变形．降低温度和增加埋深等措施能够有效防止管线屈曲．     

基于无厚度Goodman单元的粘弹性人工边界模拟

基于粘弹性人工边界,推导了三维一致粘弹性人工边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵.利用边界单元厚度对计算结果影响不大,引入了一种新的一致粘弹性单元的模拟方法,即无厚度Goodman单元.基于无厚度Goodman单元对一致粘弹性边界单元进行模拟,并通过半无限空间和均匀半空间的算例进行验证.结果表明,使用无厚度Goodman单元实现的一致粘弹性边界单元简单、实用性强,并且可以得到足够的精度.相比于有厚度的边界单元,无厚度Goodman单元符合边界单元无厚度的实际情况,理论完善,且对于可能存在的边界不规则情况适用性强.     

基于ABAQUS的粘弹性动力人工边界精确自动施加

粘弹性动力人工边界在结构-地基动力相互作用问题的有限元分析中已得到了广泛的应用,但对于规模较大的复杂计算模型而言,粘弹性动力人工边界的施加存在着前处理工作量浩繁、施加精度不高等问题.为此,基于粘弹性动力人工边界理论及ABAQUS软件平台,提出了粘弹性动力人工边界精确自动施加方法,编制了相关程序并进行了验证.算例将本文方法和通常的近似施加方法进行了对比分析,结果表明,近似施加方法会引起较大计算误差,本文所提出方法的施加简便性、施加精度均优于通常的近似施加方法.     

有压块海底管线水动力特性的实验研究

本文通过模型实验研究了在接近海底平面的波浪场作用下 ,加有压块的水平管的动力载荷 .在 Re=3× 10 3～ 2× 10 4 ,Kc=0 .5～ 15的范围内 ,测量了加有压块的水平管和压块本身的阻力和升力 .采用波面拟合法选取合理的波浪理论 ,本文使用 Stokes II阶波理论确定波浪场的速度和加速度 .     

考虑衰减波特性的透射边界及其实现

针对几何衰减外行波,推导了几何衰减平面波多次透射边界、几何衰减球面波多次透射边界以及2种边界的频域反射系数,与无衰波多次透射边界相比,基于几何衰减波特性的多次透射边界在透射几何衰减外行波时,反射系数最小.通过对有限元分析软件ANSYS进行二次开发,成功地将几何衰减波多次透射边界、无衰波多次透射边界以及粘弹性人工边界嵌入到有限元软件中,由3种人工边界下散射问题的有限元数值算例结果可知:考虑衰减波特性的二阶透射边界计算精度最高.     

渣浆泵用于海底管线深沟回填实施方案仿真分析

通过海上某油气田附属的登陆海底管线,以深沟回填施工方案制定过程中所做的仿真模拟为前提,以施工方案的确定、施工计划及费用的优化等环节为基础,总结归纳了海底管线深沟回填施工方案确定过程的要点,并为以后类似工程项目的保险理赔提供借鉴。     

船舶锚泊作业对海底管线的拖拽损害

针对渤海海域近年来频繁发生的由于抛锚导致海底管线损害故障,对锚和锚链拖拽力进行分析,选取实际船舶计算抛锚作业对海底管线的拖拽力,分析锚泊作业对海底管线的拖拽损害,可为船舶抛锚作业对海底管线损害的风险评估提供依据.     

地下结构动力响应分析中人工边界的影响

基于有限元分析方法,运用大型通用软件ANSYS对某地下结构进行了地震载荷下的动力响应分析,分别比较了自由边界、固定边界和粘性边界的精度。当采用固定边界时,计算结果与实际偏差较大,同粘性边界相比,其内力增大了2倍左右;而自由边界与粘性边界相比,计算结果则增大了1.5倍左右。因此,当采用固定边界和自由边界计算时,地下结构的地震响应被过高的估计了;而粘性边界能够使地震波动能量向地基远域逸散,其结果更为准确。     

某海底管道失效分析

通过对某海底管道进行理化检测、腐蚀产物分析、腐蚀形貌观察、服役环境分析及室内模拟实验,研究管道失效原因.结果表明:管道材质满足API spec 5L要求;内管存在由CaCO3、BaSO4和Fe(OH)3形成的结垢,垢层的存在使得管体的均匀腐蚀速率增大了约7倍,垢下腐蚀是导致管道腐蚀穿孔失效的主要原因.     

海底管道边界条件类型及其对走管行为的影响

针对深海海底管道两端通常与井口、悬链线立管、器管收集器等相连,管道端部边界条件复杂的情况,为了探究不同的管道边界条件对走管行为的影响,将海底管道端部边界条件简化为3种类型,即类型Ⅰ两端水平力、类型Ⅱ一端水平力一端倾斜力和类型Ⅲ一端弹性边界一端水平力,建立不同边界条件下海底管道走管数值模型,对比分析不同类型边界条件下海底管道走管行为。结果表明：类型Ⅱ边界条件与类型Ⅰ相比,随着管道端部拉力倾角增加,管道轴向拉力减小,走管量也减小,管道拉力倾角从0°增至60°,最大轴向拉力减小6.73%,走管率减小50%,这意味着悬链线立管形态改变,使得作用于海底管道的拉力方向改变,相应的海底管道走管量也随之改变;类型Ⅲ与类型Ⅰ边界条件相比,类型Ⅰ边界条件下海底管道走管率为恒值,随着升降温循环次数的增加,海底管道走管量近似线性增长;类型Ⅲ边界条件下海底管道走管率受器管收集器弹性刚度影响,弹性刚度越大,第1次升降温循环走管率越大;随着升降温循环次数增加,管道走管率快速衰减,直至为0,类型Ⅲ边界条件下多次升降温循环最终走管量通常小于类型Ⅰ。3类边界条件下海底管道走管行为差异很大,可为实际工程中分析海底管道端部边界条件类型、选定合适的边界条件提供参考。     

水下输油管道溢油运动模拟及应急处理

为更好地模拟溢油动态行为,为溢油应急处理提供及时有效的信息,在FLUENT环境下,以二阶Stokes波为例,建立波浪、海流和风3项因素共同作用下的水下溢油模型,探索溢油运动规律.结果表明,溢油初期,在深层海水中风和波浪的影响较弱,主要为水流携带溢油向下游运动,加大了水底油污的扩散程度和污染范围,围油栏的布设应以此为参考;溢油上升至浅层海水中,风和波浪作用会增大水下油滴的离散化程度,加剧油和水的掺混并对油膜的位置和大小起决定作用,可采用凝油剂和吸油剂等进行溢油处理.     

海底悬空管道弹性约束静态分析

由于海浪的冲刷，海底管道会出现悬空段，当悬空段较长时，管道在波浪及海流的作用下将会发生破坏。对海底悬空管道所受的环境载荷进行了计算，把海底土壤对管道的约束视为弹性约束，推导出了弹性约束时的系数矩阵，建立了相应的有限元分析模型，并开发了相应的计算机软件。该软件不仅可以计算立管与水平管连接处悬空管段的强度，还能计算静强度下的临界悬空长度。将弹性约束与刚性约束时的计算结果进行了对比，结果表明，当海底地层较硬时，弹性约束与固定端约束的计算值相差不大；当地层较软时，弹性约束时管道中的最大应力比固定端约束的要大，而临界悬空长度相差不多。     

海底悬空管道弹性约束静态分析

由于海浪的冲刷,海底管道会出现悬空段,当悬空段较长时,管道在波浪及海流的作用下将会发生破坏。对海底悬空管道所受的环境载荷进行了计算,把海底土壤对管道的约束视为弹性约束,推导出了弹性约束时的系数矩阵,建立了相应的有限元分析模型,并开发了相应的计算机软件。该软件不仅可以计算立管与水平管连接处悬空管段的强度,还能计算静强度下的临界悬空长度。将弹性约束与刚性约束时的计算结果进行了对比,结果表明,当海底地层较硬时,弹性约束与固定端约束的计算值相差不大;当地层较软时,弹性约束时管道中的最大应力比固定端约束的要大,而临界悬空长度相差不多。     

装配式钢筋混凝土管型通道地震响应分析

文章通过沿人工边界设置一系列由弹簧和阻尼器组成的简单物理元件的黏弹性人工边界来模拟无限地基,建立了土-装配式钢筋混凝土管型通道地震动力相互作用的二维有限元模型。利用ANSYS中APDL参数化语言编制了相应的程序,对某装配式钢筋混凝土管型通道进行了地震响应分析,探讨了其动力反应特性及动力响应规律,以期对实际工程建设有所裨益。     

砂土海床海底管道贯入的数值模拟

为预测砂土海床海底管道贯入深度,在ABAQUS下建立了砂土海床海底管道贯入的耦合欧拉-拉格朗日有限元模型,模拟海底管道在风浪流及自重等荷载作用下贯入砂土海床的过程,研究了管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角、剪胀角及弹性模量对管道贯入深度的影响。结果表明,在海底管道贯入过程中,管道两侧海床隆起,在海床土体内形成了自管道底部延伸至海床表面的连续滑动面,砂土破坏表现为整体剪切破坏形式;管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角及剪胀角均会影响砂土海床海底管道贯入深度,其中砂土内摩擦角对海底管道贯入深度影响最大,而砂土弹性模量则对海底管道贯入深度没有显著影响。海底管道贯入阻力随管-土界面摩擦系数、砂土内摩擦角和剪胀角增加而呈幂函数增大。所提海底管道贯入深度预测公式考虑了管-土界面相互作用和砂土力学特性的影响,能准确预测砂土海床中管道的贯入深度,可为砂土海床海底管道在位稳定性评估提供基础数据。     

基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟

随着海上油田的大量开发,对海底输油管道停输过程传热问题的研究迫在眉睫。加热输送的原油管道在运行过程中,不可避免地会遭遇油田停电和管线维修等意外,造成停输。这时油管内原油的黏度随油温下降而升高。当油温降到一定值后,会给管道的再启动带来极大的困难,甚至造成凝管事故。为避免凝管事故发生,需要准确预测海底管道管内原油的温降情况及安全停输时间,分析影响停输时间的因素。利用Fluent软件对海底输油管道停输温降进行数值模拟。计算结果表明,保温层厚度和海水温度对停输时间影响非常明显。模拟结果可指导生产实践。     

基于局部冲刷的海底管道周围流动结构分析

基于N-S方程和泥沙输运方程,采用k-ε模型和SGS涡黏性模型为紊流传输模型;利用有限差分法进行求解,模拟的结果同Mao的试验值吻合良好。对不同管径影响的冲淤情况和流动结构做进一步模拟分析,得到了局部冲刷公式。k-ε模型和SGS模型的模拟结果表明,k-ε模型对于剪切应力的预测更具优越性。