积水路面轮胎部分滑水数值模拟

为揭示部分滑水状态下轮胎路面作用机理,采用有限元数值模拟方法,分别建立了175-70-R15型轮胎模型和水-空气复合水膜模型,并基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了三维充气花纹轮胎滑水数值模型.探讨了水膜厚度和轮胎速度对汽车轮胎受力状态的影响,分析了轮胎所处运动状态对部分滑水过程的影响.计算结果表明:随着水膜厚度的增加,水流竖向托举力增加,纵向附着力减小,轮胎更早地进入完全滑水状态;随着轮胎行驶速度的增加,水流纵向拖拽力大幅增加,同时随着水膜的增厚,这种增加趋势更加明显;回归得到了轮胎受到的水流竖向托举力与水膜厚度和行驶速度的关系式;相比于自由滚动,轮胎处于ABS状态时,更早进入完全滑水状态.     

爆炸载荷下结构响应的非耦合数值模拟方法研究

提出一种用于研究远场条件下爆炸冲击波毁伤规律的数值方法,即非耦合欧拉-拉格朗日算法。通过分析模型参数敏感性考察算法的适用性与计算精度。结果表明,载荷曲线的形状对于数值模拟中测点的位移-时间曲线起着重要作用,其中载荷应被认为是动态的而不是脉冲的。基于非耦合欧拉-拉格朗日算法的结构响应低于纯拉格朗日算法,其中结构柔性降低了压力负载并因此降低了结构响应。在模拟大流场爆炸问题中,非耦合欧拉-拉格朗日算法的计算精度优于纯拉格朗日算法。     

船舶抛锚过程中落锚贯入深度研究

落锚作业是船舶抛锚定位过程的第1个环节,在落锚过程中,船锚不仅可能直接撞击海底管线造成危害,而且船锚的贯入深度会影响拖锚的运动轨迹,从而间接影响海底结构物的运行安全,可见确定船舶落锚阶段船锚的最终贯入深度十分重要.为此,首先开展一系列小比尺落锚模型试验,分别研究在黏性土和无黏性土中船锚质量和落锚高度对霍尔锚和大抓力锚最终贯入深度的影响,发现贯入深度随船锚质量和落锚高度的增加而呈非线性增加,但增幅不断减缓.然后,结合小比尺模型试验,采用能量法和太沙基极限承载力公式拟合船锚贯入深度的计算公式,并确定式中的经验系数.另外,在小比尺模型试验的基础上,验证船舶落锚的数值模拟方法,并对原型船锚的贯入过程进行分析,讨论贯入过程中船锚姿态变化的过程和规律,以进一步揭示落锚贯入深度与船锚触底动能之间的关系.最后,开展现场船舶落锚试验,对比分析本文公式、Young公式、DNV坠物公式、DNV落管公式与现场实测数据之间的差异,发现试验结果和本文公式吻合良好,在验证本文公式正确性的同时阐明了其他理论算法的适用条件与局限性.     

海底管道局部冲刷数值模拟分析

采用基于k-ε二维湍流模型模拟冲刷过程中不同悬空量以及来流速度条件下海底管道附近流场、压力以及剪切力的变化,对海底管道局部冲刷机制进行研究。结果表明:随着来流速度的增加,管道附近越容易发生局部冲刷;管道未脱离海床面时,管道附近存在三涡流场结构,当管道与海床有一定距离后,仅在管道后方存在一个旋涡;管道未脱离海床面时,冲刷作用随着悬空量的增大而增加,管道脱离海床面后,冲刷作用随着悬空量的增大而减弱,最终达到冲刷平衡状态。     

含缺陷海底管道屈曲稳定性的数值模拟

针对几种常见的缺陷形式,利用有限元软件进行屈曲稳定性分析,并对海底管道整体腐蚀和局部腐蚀两类缺陷进行了仿真计算,拟合得到了较为简单的含缺陷海底管道临界载荷的近似计算公式,可供工程设计人员进行相关设计和评估时参考使用,同时也为制定新的含缺陷海底管道屈曲稳定性设计规范提供了参考依据．     

平板流固耦合振动的数值分析

采用了一种基于紧耦合的流固耦合算法,对流场与柔性平板之间的耦合运动进行了数值模拟.流场部分通过有限体积法求解任意拉格朗日 欧拉描述下的不可压缩N-S方程,而结构则由有限元法离散求解拉格朗日坐标下的弹性动力学方程.在一个时间步内,流场与结构计算区域的交界面上进行多次的数据传递和插值,以保证满足耦合面边界条件.计算了在静止流场中弹性板的自由振动和方柱后部平板的涡激振动现象,监测了平板的振幅和频率以及水动力载荷.通过与前人结果的比较,验证了所采用的流固耦合算法的可靠性.同时,分析了不同的材料参数对于平板耦合运动的影响.流体黏性越大对平板振动的阻尼作用越明显,而流体密度的增加会加速振动的衰减,并降低振动的频率.对于具有较低固有频率的结构,在耦合运动中的振动幅度和频率也较小.
     

盾构机刀盘掘削动态数值模拟

基于子模型方法与任意拉格朗日～欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构机刀盘掘削过程的三维数值模型.在保证计算精度的前提下,实现了模型缩减、ALE网格精细化、地应力场初始化.通过将计算结果与某模型盾构机掘进试验的实测数据对比,验证了该方法的正确性与准确性.研究结果表明:基于ALE方法的盾构机刀盘掘削数值模型可以准确模拟土体破坏、脱离过程;基于子模型方法得到的初始应力场准确反映了原土层的地应力场,得到了地应力场对刀盘受力的影响关系.     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究

使用欧拉-拉格朗日双向耦合数值模拟方法对泡状流的相分布及气泡对液相湍流产生的影响做了详细的调查.液相的速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的运动轨迹由牛顿运动方程计算.相间的耦合是把相间作用力作为液相动量方程的源相来实现的,所考虑的相间作用力有阻力、剪切升力、惯性力等.研究表明:阻力、浮力、剪切升力和虚拟质量力对气泡的运动具有重要影响,大量的气泡在剪切升力的作用下聚集在壁面附近;与单液体相相比,气泡的加入使液相的平均速度、湍流强度和雷诺应力均有一定幅度的降低,而且气泡的加入修改了阻力系数公式.     

穿越航道区域的海底管道保护研究

随着我国海洋石油产业的发展,海底管道在施工及服役过程中的安全问题越来越受到企业和国家有关部门的重视,对于那些穿越航道、锚地等特殊路由区域的管道的安全、环保风险更应该引起关注.以渤海油田所属某天然气管道为例,参考规范DNV-RP-F107(2010)Risk Assessment of Pipeline Protecti...     

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.     

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。     

坠物撞击海底管道损伤的BP神经网络预测模型

为预测坠物撞击饱和黏土海床上海底管道的损伤,建立了坠物撞击下饱和黏土海床与海底管道相互作用的动力有限元模型,结合海底管道实际工作条件的变化范围,分析坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压、海床土不排水抗剪强度6个参数对海底管道损伤的影响规律,将6个参数作为输入层参数,以管道损伤作为输出参数,将数值模拟结果作为训练样本,通过学习和训练构建形成了海底管道损伤预测的BP神经网络模型。研究结果表明：坠物撞击能量越大,管道损伤越大,管道损伤增长速率随坠物撞击能量的增大而趋缓;管道直径、壁厚、内压、管道屈服强度增加,管道损伤减小;饱和黏土海床不排水抗剪强度越大,管道损伤越大。建立的海底管道损伤BP神经网络预测模型,仅需要坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压和海床土不排水抗剪强度6个参数,模型简单、便捷,能够较好地预测饱和黏土海床海底管道受坠物撞击的损伤,数值算例涵盖了常见饱和黏土海床海底管道的工作条件,具有很好的适用性,为海底管道损伤预测提供了新思路。     

破碎波作用下砂质海床孔隙水压力响应试验

通过波浪水槽试验,研究规则波在1：30斜坡砂质海床上破碎时海床超静孔隙水压力响应规律,观察波浪破碎处的地形变化,并分析其形成原因.试验结果表明,在波浪破碎前后超静孔隙水压力有着明显的不同变化,破碎点处距底床表面最近的超静孔隙水压力值在整个过程中达到最大,且破碎带处超静孔隙水压力竖向衰减幅度均比破碎前、后要大,破碎点的超静孔隙水压力有明显增大;破碎前后超静孔隙水压变化与浪高变化呈正相关趋势,且破碎后两者的相关性没破碎前好;波浪破碎处地形变化剧烈,超静孔隙水压力在沙床顶部的变化较底部变化明显.砂层掏刷时,超静孔隙水压振幅变大;砂层堆积时,超静孔隙水压振幅变小.     

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。     

基于参数优化神经网络的海底油气管道腐蚀泄漏预测

为有效预测海底管道因腐蚀导致的泄漏风险,提出了一种海底管道腐蚀泄漏预测模型,首先采用斯皮尔曼相关系数分析各影响因素间的相关性,随后基于随机森林袋外数据进行各因素的重要性排序,剔除掉相关性较高且重要性较小的因素,利用筛选出的数据建立前馈神经网络和随机森林回归预测模型,并利用粒子群算法对神经网络预测模型的权值、阈值进行了优化,构建粒子群优化下的神经网络预测模型。经分析结果表明：神经网络预测模型在5组随机模型训练中平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)的平均值分别为1.59、 3.37,均高于随机森林回归预测模型,说明该模型误差较大,但决定系数(R2)较随机森林回归预测模型高0.13,因决定系数越接近于1,模型拟合越好,故随机森林回归预测模型较神经网络预测模型拟合度较差,长期预测误差较高,因此可采用粒子群算法对神经网络进行优化,优化后的模型MAE为0.79,MSE为0.7293,R2为0.9151,可见优化后的神经网络预测模型在保证精度的基础上提高了稳定性,预测效果更优。最后编制了集随机森林回归、神经网络及粒子群优化下的神经网络为一体的多模型管道腐蚀预测软件。为海底管道泄漏风险的精准预测以及高效控制提供了依据,在海洋油气运输安全方面具有重要意义。     

基于声波探测的海底管道非掩埋状态检测方法

基于声波探测技术,提出一种对海底管道非掩埋状态进行联合检测的方法,以山东胜利油田某海底输油管道为对象,设计一种双声纳探头多波束测深系统,并联合侧扫声纳系统,通过对系统参数进行分析、优化,从而实现对海底管道非掩埋状态的高效精确检测。分析检测结果表明:基于双声纳探头多波束系统的海底管道检测可获得高密度的点云数据,显著提高了管道检测数据的稳定性及可靠性;侧扫声纳系统的良好检测效果有赖于其声波掠射角的最佳取值;参数优化后的联合检测系统的检测效率得到显著提高,能够精确判断出管道的实际状态。     

弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

为了对弹丸侵彻钢纤维混凝土问题进行数值模拟研究,在有限元计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,弹丸作为刚体处理.侵彻深度计算结果与在φ14.5 mm弹道炮上所获得的试验结果相吻合,并很好地模拟了在侵彻过程中钢纤维混凝土靶的成坑、层裂现象.在此基础上分析了钢纤维混凝土这种新型复合材料抗侵彻性能的影响因素.计算结果表明,HJC本构模型用来描述钢纤维混凝土的侵彻问题是可行和有效的.     

Recognition algorithm of seabed pipeline defect inspection based on dynamic WBF neural networks

This paper describes a magnetic flux leak (MFL) model of pipeline defect inspection, and presents a recognition algorithm based on dynmnic wavelet basis function (WBF) neural network. The dynamic network utilizes multiscale and multireselution orthogonal wavelet, through signals backwards propagation:,has more significant advantages than BP or other neural networks used in MFL inspection. It also can control the accuracy of the predicted defect profiles, high-speed convergence possessing and well approaching feature. The perfonnance applying the algorithm based on the network to predict defect profile from experimental MFL signals is presented.     

基于LS-SVM的海底微地形预测应用研究

为解决传统机器学习中模型选择、过学习与局部极小值问题,针对自然海底微地形强烈的非线性、不确定性特点,提出海底微地形的LS-SVM预测模型.采用等式约束代替不等式约束,将二次规划问题转化为求解一次线性方程组,提高了收敛速度.实验结果表明,该方法预测结果误差较小,且实时性较好,可满足建立钴结壳最佳切削深度模型的需要.