基于ANSYS的腐蚀管道的有限元分析

本文应用有限元软件ANSYS对腐蚀管道进行承压分析,并分别仿真了腐蚀缺陷处的弹性失效、塑性失效和爆破失效压力,分析了腐蚀深度对三种失效模式的影响。     

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。     

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.     

复杂荷载作用下短腐蚀管道的数值仿真研究

本文采用数值仿真的研究手段,建立了腐蚀管道在复杂荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,对短腐蚀管道在复杂荷载作用下的灾变过程展开研究,评估了腐蚀管道剩余极限承栽力.讨论了管道腐蚀深度、腐蚀宽度、径厚比等参数对处于不同内压水平下的短腐蚀管道破坏模式和控制标准的影响.结果表明,腐蚀管道剩余极限承载力大小不仅与管道所受内压、轴向力和弯矩荷栽三者比例有关,同时还会受到腐蚀深度等参数不同程度的影响.     

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．     

酸性土壤环境中多龄期埋地钢管地震易损性分析

在酸性腐蚀土壤环境中,埋地钢管的抗震性能会随着服役龄期的延长而显著降低.为了研究酸性土壤环境中多龄期埋地钢管的抗震性能,对钢材进行人工加速腐蚀试验与拉伸破坏试验,建立了钢材屈服强度、极限强度、弹性模量及伸长率与失重率之间的关系;在全面腐蚀模型的基础上,揭示了酸性土壤环境中埋地钢管力学性能与几何尺寸随服役龄期的变化规律,并建立时变本构模型.基于ANSYS有限元分析软件,建立了酸性土壤条件中考虑锈蚀钢材几何尺寸及力学性能退化的不同服役龄期有限元模型;采用增量动力分析法及云图法,建立了描述地震动强度与结构地震响应之间关系的概率地震需求模型,结合管道破坏状态的划分和概率意义上极限损伤限值的确定,对埋地钢管进行地震易损性分析,从而建立了考虑锈蚀耐久性能退化的不同服役龄期埋地钢管时变地震解析易损性模型,表征了管道单元损伤指标与地震动强度指标之间的关系,并进一步给出了不同管径多龄期埋地钢管的地震易损性曲线.结果表明:在酸性腐蚀土壤环境中,随着服役龄期的延长,埋地钢管的几何尺寸及力学性能均不断削减,出现不同震害状态的概率呈现不同幅度的升高;在其他条件相同的情况下,随着管径增大,出现不同震害状态的概率有一定程度的降低.     

不规则缺陷管道失效压力影响因素及评价方法

采用实体有限元模型对不规则形状缺陷管道的失效压力进行研究,不规则缺陷由浅腐蚀缺陷和深腐蚀缺陷组成,深腐蚀缺陷包含在浅腐蚀缺陷内;分析深腐蚀缺陷的轴向间距和尺寸对不规则形状缺陷失效压力的影响;基于不规则缺陷等效形状的有效深度提出一种预测不规则形状缺陷管道失效压力的新方法,采用新的评价方法对不规则形状缺陷管道的失效压力进行预测。结果表明：深腐蚀缺陷轴向间距的增加会造成不规则缺陷管道失效压力增加,深度和长度增加会造成失效压力降低,而深腐蚀缺陷的宽度对失效压力基本无影响;新评价方法对不规则形状缺陷管道的失效压力的预测结果与不同等级管道的试验结果吻合较好。     

含内部冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的研究

针对深海油气输送管道中含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的屈曲问题,建立了一种更符合实际损伤的简化模型,得到了冲刷腐蚀屈曲类型分布图,提出了一个按不同分类屈曲形式计算含冲刷腐蚀损伤的90°弯管屈曲压力的显式经验表达式.根据试验数据,建立了含冲刷腐蚀损伤的90°弯管的原尺寸模型,通过用户自定义Python程序实现自主调整冲刷腐蚀的损伤参数(轴向范围、周向宽度、径向深度)及管道几何参数(椭圆度、径厚比和腐蚀比).通过将自定义程序嵌入Abaqus有限元软件,建立了冲刷腐蚀简化模型,开展系统的敏感性分析.分析表明,径向最大腐蚀深度会限制轴向范围影响和周向宽度影响程度,且径向最大腐蚀深度和冲刷腐蚀轴向范围会影响弯管模型的屈曲类型,出现了3种屈曲模态,研究表明不同的损伤参数导致3种不同屈曲模态:①A类屈曲,弯管端部及其附加直管部位率先发生屈曲;②B类屈曲,冲刷腐蚀最大深度截面的环向φ=45°处率先发生屈曲;③C类屈曲,冲刷腐蚀最大深度处率先发生屈曲.依据屈曲类型划分出冲刷腐蚀屈曲类型分布图.根据数值模拟和敏感性分析结果,结合多参数非线性回归分析,建立了无量纲屈曲压力pc/py和椭圆度?、径厚比?、弯径比?、无量纲腐蚀深度De,m/t、腐蚀比?之间的经验公式.本文的研究结果可为冲刷腐蚀作用下的海底油气输送弯管的屈曲强度评估提供依据.     

基于谐小波变换的地震波非平稳随机模型建立

利用谐小波变换对实际强震记录的时变谱进行估计,并统计分析了与抗震规范相容的3类不同场地上地震波的时变谱特征,分析发现对于较硬场地上的地震波在时域内平稳段较短,下降段衰减较快,而在频域内具有较大的中心频率和较宽的频带;利用均匀调制非平稳随机模型模拟地震波的时变谱,把非线性函数的参数识别问题转化成求解无约束优化问题,利用拟牛顿迭代法求最优解,得到3类不同场地上地震波的均匀调制非平稳随机模型中各谱参数和时间包络中各参数的具体数值,为了定量地确定模拟模型的精度,定义了误差函数,验证了所提时变谱参数识别方法的精度;最后给出了与建筑抗震规范相对应的不同场地、不同烈度下多遇和罕遇地震的谱强度因子.     

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.     

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.     

面缺陷尺寸对管道承压能力的影响分析

为了分析评价面缺陷尺寸对管道承压能力的影响,利用ANSYS有限元法对带有面腐蚀缺陷的大口径管道的应力水平进行了模拟。通过对承受一定内压力的带有不同长度、宽度和深度面缺陷的管道最大应力值进行计算分析,结果表明:随着缺陷长度的增加、缺陷宽度的减小或者缺陷深度的增加,管体的最大应力值增加,而且缺陷深度对最大应力及承压能力的影响程度远远大于缺陷长度和缺陷宽度     

局部腐蚀油气管道失效压力计算方法

利用管道应力集中理论,以数值模拟数据为基础,建立一种局部腐蚀油气管道失效压力的计算方法。验证非线性有限元法评价局部腐蚀的可靠性,用该方法分析局部腐蚀半径及局部腐蚀深度对管道失效压力的影响;并与其他评价规范计算结果进行对比。结果表明,拟合得到的局部腐蚀油气管道失效压力计算方法的误差小,误差分布均匀,可以满足局部腐蚀油气管道失效压力的预测要求。     

局部腐蚀油气管道失效压力计算方法

利用管道应力集中理论,以数值模拟数据为基础,建立一种局部腐蚀油气管道失效压力的计算方法。验证非线性有限元法评价局部腐蚀的可靠性,用该方法分析局部腐蚀半径及局部腐蚀深度对管道失效压力的影响;并与其他评价规范计算结果进行对比。结果表明,拟合得到的局部腐蚀油气管道失效压力计算方法的误差小,误差分布均匀,可以满足局部腐蚀油气管道失效压力的预测要求。     

深海管道外部点腐蚀缺陷对其屈曲性能的影响

基于全尺寸及缩比尺深海管道屈曲实验,结合有限元数值模拟分析,从椭圆度+点腐蚀复合缺陷的角度,研究了典型外部点腐蚀缺陷对深海管道屈曲性能的影响,探讨了静水压力下含外部点腐蚀缺陷深海管道的屈曲机理.分析结果显示,静水压力作用下,含外部点腐蚀缺陷深海管道的屈曲行为主要受到管道初始椭圆度缺陷的影响,其屈曲位置发生在管道轴向各截面最大初始椭圆度位置,而受到点腐蚀的影响很小.进一步考虑点腐蚀缺陷位于初始椭圆度缺陷短轴上的情况,结合实验及敏感性分析,研究了椭圆度+点腐蚀复合缺陷共同作用下的深海管道屈曲现象,结果显示点腐蚀对于深海管道后屈曲形态具有一定影响,但影响程度有限,同时随着点蚀深度和点蚀直径的增加,深海管道屈曲压力有降低的趋势,但同样降低幅度很小.     

海洋平台管道的安全评定准则

针对海洋平台压力管道极易出现的腐蚀缺陷,介绍了ASME B31G、DNV-RP-F101两种传统的安全评定准则.传统的安全评定准则具有一定的适用范围与保守性,针对其存在的局限性,利用数值分析Ansys软件进行管道缺陷模拟,通过与爆破试验结果进行对比分析,表明有限元分析可以最大程度上降低损失、减小危害,为管道的安全运行和决策提供理论依据.     

管道内检测定位准确性的研究

管道内检测腐蚀缺陷定位不准确,给管道的维护、检修带来了不便。目前国内外关于管道腐蚀缺陷的检测方法的研究已经逐步成熟,但对管道内部缺陷准确定位的研究还不能满足管道维修和完整性管理的需要。本文通过介绍目前几种常见管道内检测腐蚀缺陷定位方法,分析了影响GPS定位准确性的主要因素,并给出了提高管道内检测腐蚀缺陷定位准确性的方法,为保障石油管道的安全运行提供了实践经验和科学依据。     

含腐蚀及椭圆度缺陷管道的动态屈曲传播研究

通过建立有限元模型对海底管道的真实工况进行数值模拟,计算准静态条件下的管道压溃压力以及屈曲传播压力,并与管道全尺寸试验结果以及DNV-OS-F101规范中的计算结果进行对比,验证模型的准确性;在有限元模型中利用数据传递的方法将准静态条件下管道局部压溃的受力状态传递到动态模型中,并对管道在动态条件下的变形特点进行探究;研究管道腐蚀深度、初始椭圆度以及加载的传播压力对屈曲剖面长度、屈曲传播速度和反向椭圆度等管道动态屈曲传播特征值的影响。研究结果表明:在加载压力较小时,管道屈曲剖面长度随压力增大而减小;管道屈曲传播速度随着压力和初始缺陷的增大而加快;管道反向椭圆度的出现会阻碍屈曲沿管道轴线的传播,管道反向椭圆度随压力增大而增大。     

深水环境下腐蚀隔水管涡激疲劳可靠性评价

采用有限元方法对带有腐蚀缺陷的隔水管涡激疲劳寿命进行评估,即通过对管壁腐蚀缺陷的局部有限元分析确定应力集中状况,在计算系统疲劳寿命时引入应力集中系数.缺陷模型分为点蚀和局部腐蚀两类,并考虑缺陷形状、尺寸和方向对应力分布的影响,同时讨论缺陷单根在系统中的布置方案.为了确保隔水管系统整体的高可靠性,当隔水管柱中包含缺陷单根时应将它们布置在损伤预测最低的位置.对理想系统与带有腐蚀单根的系统分别进行的寿命计算和可靠性评估结果表明,系统应力和损伤只在缺陷位置发生波动,可靠度结果同样证明了布置方案的合理性.     

油气管道剩余强度有限元模拟分析及剩余寿命预测

腐蚀是油气长输管道安全运行的消极因素,研究腐蚀的发展规律,确定腐蚀管道的剩余强度并以此为基础预测管道的剩余寿命,对管道运行与维护具有重要意义.以某在役管道为研究对象,借助有限元分析软件ANSYS对管道的腐蚀过程进行了模拟,得到了管道在未来确定时间的剩余强度;根据相关标准规定的失效准则,确定了管道的剩余寿命;预测了管道在未来某一时间的运行可靠性.研究结果对管道运行与维护补强措施的制定具有指导意义.