2014年第11期导读

正本期论文广场栏目中,高强度管道局部屈曲研究进展状况一文,从理论研究、实验研究、有限元模拟三个方面对目前国内外高强度管道局部屈曲的研究情况进行了概述。文章认为目前针对高强度管道局部屈曲的研究总体上还不够成熟,需要更加深入的研究。基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟、费托合成反应器筒体成型技     

2014年第11期导读

<正>本期论文广场栏目中,高强度管道局部屈曲研究进展状况一文,从理论研究、实验研究、有限元模拟三个方面对目前国内外高强度管道局部屈曲的研究情况进行了概述。文章认为目前针对高强度管道局部屈曲的研究总体上还不够成熟,需要更加深入的研究。基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟、费托合成反应器筒体成型技     

超大管径海底管道长距离登陆拖拉技术研究

针对超大管径海底管道长距离登陆拖拉技术,分别从安装方法、计算分析、数值修正等方面进行了研究。对大管径海底管道长距离拖拉与常规海管拖拉进行比较,重点分析了设计及施工中的难点,并在施工方法及设计原理上提出了解决措施。对于混合拖拉法,采用有限元方法对管道拖拉过程中的局部弯曲形变及屈曲校核进行了数值模拟和分析,有效规避了拖拉过程中弯曲变形对海管局部屈曲产生的不利影响。针对超大管径管道在DNV规范中的适用性进行了研究,并对DNV所推荐校核方法进行了修正。为超大管径海底管道长距离登陆拖拉的设计及施工提供技术支持。     

基于J形铺管法局部屈曲校核及敏感性分析

针对以自然悬链线模型为基础建立的J形铺管局部屈曲失效评价公式的局限性,引入Winkler地基的建模思想对其进行改进,将整个悬跨段分成2段,在接近TDP点附近的大变形段考虑刚度因素,采用大变形梁理论进行分析,在远离TDP点的悬跨段沿用自然悬链线算法,得出了更准确的失效评价公式。通过MATLAB对比计算,验证了分段模型的合理性。对J形铺管局部屈曲的敏感性参数进行对比分析,得到以下结论:(1)分段模型的弯矩连续,弯矩最大位置靠近海床,水深接近铺设最大深度,静水压力大,是容易发生局部屈曲失稳的部位;(2)当其他输入参数不变时,只改变铺设水深和铺设角度,都可以改变校核系数,随水深增加,管道会承受更高的局部屈曲失稳风险,初始缺陷的存在更会降低管道抵抗局部屈曲的能力;在局部屈曲不发生失稳的条件下,应选择大角度铺管;(3)静水压力是对管道局部屈曲失稳影响最大的因素,J形铺管时应优先选用大直径薄壁管,并选取合适的铺管角度以提高管道的抗屈曲能力。研究结果可为J形铺设的安全评估提供理论依据。     

隆起屈曲对海底管道近岸段设计的影响

针对隆起屈曲对于海底管道近岸段设计的影响,结合规范要求和工程实际情况,分别从海床环境特点、分析方法、施工要求等方面介绍海底管道隆起屈曲设计在近岸区域的特点。介绍近岸段设计中隆起屈曲与管道坐底稳定性、冲刷、渔业保护等其他风险的相互影响。详细论述近岸段海底管道隆起屈曲评估时需要重点关注的工程影响因素及相应的工程解决措施。结合近岸段施工特点,基于管道隆起屈曲保护的要求对不同的近岸段挖沟方式进行比较,提出针对施工阶段管道隆起屈曲保护的相关建议。     

外压作用下夹层管复合结构屈曲传播分析

深海巨大的静水压力容易引起管道的局部屈曲失稳。针对外压作用下的深水夹层管复合结构屈曲传播问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了含初始缺陷下夹层管三维非线性准静态屈曲传播数值模型,得到屈曲传播过程中夹层管的屈曲变形形态,并在此模型基础上针对夹层管屈曲传播性能进行了广泛的参数敏感性分析。计算结果表明:初始缺陷大小主要影响夹层管屈曲失稳压力,而对屈曲传播压力无明显影响;增强夹层管层间粘接特性能够显著提高管道抗变形能力,增大屈曲传播压力;夹层管几何尺寸参数及材料力学特性对夹层管屈曲传播性能有显著影响。研究结果对于石油夹层管道的优化设计具有一定的参考意义。     

浮拖法铺设海底管道接头处破坏机理研究

基于浮拖法铺设海底管道接头处全寿命期受力条件,开展有限元数值仿真模拟。给出了存在焊接错边缺陷情况下管道接头处典型的局部屈曲变形模式,分析了循环加载对临界屈曲荷载的影响,并对多种因素进行了参数分析。     

多层海洋采气管道上升段屈曲研究

区别于海洋采气管道的水平段屈曲问题,上升段管道的屈曲问题未受到足够重视。为获取海洋采气上升管道的临界屈曲能力以及三层管道保温层变化对管道屈曲能力的影响,基于有限元方法建立了直立以及J型采气管数值模拟,分析了单层管道以及三层管道的临界屈曲模态及特点,讨论了管道参数及管材性能参数对临界屈曲载荷的影响。研究结果表明:管道临界屈曲载荷随管径及壁厚的增大而增大,随管长增大而减小的趋势;同时还会受到保温层厚度的影响,保温层厚度越大,管道的临界屈曲载荷越大。研究结果为以后采气管道的管径选择、保温层厚度选择提供了一定的理论基础和参考。     

含初始缺陷海底管道外压非线性屈曲研究

随着海洋油气的开采逐步走向深水,外部静水压力成为深水海底管道的重要环境条件。含初始缺陷海底管道在外部压力的作用下,可能会发生局部屈曲,并沿轴向发生屈曲传播,造成重大损失。为了进一步探究含初始缺陷海底管道在实际工况下受到外压作用时的响应,运用数值模拟方法对海底管道在外压作用下的屈曲特性进行研究。考虑到海底管道材料非线性和几何非线性,通过非线性有限元方法对带初始缺陷管道的压溃力学特性进行了研究;基于Python参数化建模的方法,计算超过1 200个数值模型,对影响带初始缺陷管道屈曲的几何参数和材料参数进行敏感性分析;运用非线性最小二乘法拟合得到极限承载力简化计算公式,并与相关试验数据进行对比,误差小于7%。     

蛇形铺管形状对海底管道横向屈曲的影响

蛇形铺管法是一种有效控制管道横向屈曲的方法,该方法的关键是使管道在预设位置激发屈曲,且管道后屈曲的弯矩及应变控制在合理的范围内。文章提出了一种新的蛇形铺管形状,即正弦曲线形状,基于ANSYS软件建立了用于平坦海床上蛇形铺设管道横向屈曲分析的计算模型,对正弦曲线形状的蛇形铺管形状进行了分析,并与工程普遍采用的弧形铺管形状进行了对比。对比分析表明,正弦曲线铺管形状有效地降低了管道屈曲的临界荷载,且管道后屈曲的弯矩及应变更低。     

冻土区管道上浮屈曲临界载荷试验研究

进行了管道上浮屈曲模拟试验方法研究,制作了管道上浮屈曲临界载荷试验装置,模拟了多种影响管道上浮屈曲的因素,测试管道轴向屈曲临界载荷,为研究管道上浮屈曲临界载荷提供试验依据。初步试验结果表明,管道上浮屈曲临界轴向载荷随着管道外径的增大而增大,随土壤冻胀量的增大而减小,随着管道下方冻胀长度的增大先增大后减小。     

海底输气管道强度设计

海底输气管道建设方兴未艾，海底管道设计正向着高压力、大管径、长距离、深海域发展。与陆上管道强度设计不同，海底管道壁厚计算的基本载荷除了管道内压外还应考虑海水水深造成的静水压力。在很高的静水压力作用下，管道截面可能发生屈曲，当外部压力超过某一临界值时，局部屈曲可沿管线轴向传播。本文介绍了海底管道强度设计的特点、管道壁厚的计算方法和防止海底管道发生屈曲变形传播的措施。     

基于量纲分析的管道临界屈曲应变准则研究

管道的局部屈曲通常被认为是一种失效,在基于应变的管道设计方法中,临界屈曲应变是一个重要指标。针对现有公式的不足,分析了临界屈曲应变的主要影响因素,采用量纲分析法,利用收集到的试验数据拟合建立了新的临界屈曲应变预测公式。与现有临界屈曲应变公式计算结果相比,该公式具有较高的预测精度。     

深海用高强厚壁直缝埋弧焊管开发技术难点分析

深海油气管道对管道用管材的可靠性提出了更高的技术要求,高强度大壁厚直缝埋弧焊管是深海油气输送管道的方向发展。从深海用高强度厚壁直缝埋弧焊管对管线钢板材及钢管在高强度、高韧性和抗脆断、高尺寸精度、低焊接碳当量和良好焊接性以及抗腐蚀性等方面的高技术要求入手,详细分析了高强度厚壁管线钢材料、板材质量控制和钢管制造工艺等方面存在的技术难点,提出了解决思路。     

管道弯曲塑性屈曲应变的评价

概述了目前的几种管道弯曲屈曲临界应变预测评估方法,重点介绍了弯管横截面椭圆化的理论解决方案,并分析了它们各自的适用性。为了确定目前最合理有效的预测评估方法,对几种管道弯曲屈曲临界应变公式的预测结果与试验数据以及有限元计算结果进行了对比分析。分析结果表明,针对管道弯曲屈曲临界应变的预测,在大多数情况下,屈曲塑性变形引起的截面椭圆模型给出的预测结果比其他屈曲应变预测方法的结果更切实际。     

动力载荷与外压联合作用下深海管道的压溃

建立具有局部椭圆度的海底管道模型进行结构安全评估,模拟管道屈曲过程并得到临界动力面载荷幅值。分析阻尼对管道屈曲的影响并选取管道阻尼比,并对考虑阻尼管道模型的外压、圆频率、椭圆度进行敏感性分析。结果表明:阻尼对动力载荷下管道压溃有较大影响。在其他条件相同的情况下,余弦载荷对结构的危害性大于正弦载荷,椭圆度管道长轴动力加载的危害性大于短轴加载。     

腐蚀缺陷对中高强度油气管道失效压力的影响

腐蚀管道评价规范ASME-B31G、BS7910、DNV-RP-F101、PCORRC大多以X60以下中低强度管道为研究对象,对X60以上中高强度油气管道的评价具有一定的保守性。笔者以X65和X80两种中高强度管材为研究对象,采用非线性有限元法分析了带腐蚀缺陷油气管道的失效压力,研究了腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷宽度和腐蚀缺陷位置对带腐蚀缺陷油气管道失效压力的影响,建立了包含腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷位置等参数的带腐蚀缺陷油气管道失效压力计算方法。与现有标准提供的计算方法和试验结果对比表明：本文拟合得到的计算方法误差小,保守性低,可以满足X60以上中高强度腐蚀管道失效压力的预测要求。     

深水三明治管研究进展

三明治管是一种复合结构管道,由于其高结构强度和较好的保温性能而成为深水管道研究的热点。概述了国内外学者通过理论分析、试验测试和数值模拟等手段展开的关于三明治管结构及力学行为方面的研究成果。主要包括管道结构、管道理论及其保温性能,深水工况下的屈曲、压溃和屈曲传播,管道在受到安装载荷或外来冲击载荷下的抗弯性能和抗冲击性能等。基于目前的研究现状,提出了需要进一步深入研究的问题。研究结果有利于对不同水深三明治管结构进行优化设计。     

深水海底管道J型铺设技术研究

J型铺设是目前国际海洋工程界主要的深水海底管道安装方法之一。本文对J型铺管技术进行了较为全面的介绍,内容包括:J型铺管的基本概念和特点、作业流程、铺管设备、安装设计准则等。安装设计准则重点论述了荷载控制条件和位移控制条件的选取,及以外压为主导的压溃、局部屈曲和扩展屈曲等失效极限状态校核方法。     

内压和侧压作用下管道的屈曲分析

压力管道是薄壳结构，会发生屈曲失稳破坏。采用侧压和内压力联合作用下的力学模型模拟了管道受到滑坡、洪水等自然环境的作用情况，用有限元方法计算管道的屈曲失稳情况。分析了管道的屈曲载荷和屈曲形态，给出了典型的管道屈曲变形模式，并绘出了厚度、内压、缺陷对管道屈曲载荷影响的关系图。