海底管道受坠物撞击的三维仿真研究

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了撞击动力学方程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响.结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形.     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究(稿号5913修改稿)

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了海底管道的动力响应过程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响。结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形。     

海床土体减缓坠物对海底管道撞击作用的研究

海底管道受坠物撞击的损伤分析中,海床土体是不宜忽略的因素。基于耦合欧拉-拉格朗日算法（CEL法）,该文建立了模拟坠物撞击海底管道过程中土体变形的有限元模型,并进行了物理模型试验,二者结果吻合较好。针对粘土海床,分析了海床柔性、海床土质、管道埋深、摩擦及坠物形状对海底管道损伤的影响。研究表明：对于裸置管道,海床柔性使一部分撞击能量转化为管道的整体变形,减轻管道局部损伤;对于埋置管道,基于软件的二次开发,考虑了正常固结粘土及均质粘土两种情况,二者的安全埋深相差较大。综合考虑上述土质的影响,2 m的埋深可提供有效的保护;埋深超过1 m时,坠物与土体间的摩擦系数对管道损伤的影响更加明显;形状尖锐的坠物受到土体的阻力较小,对管道造成的损伤程度较大。不同形状的坠物撞击管道时,管道的变形特征存在差异。研究结果对管道的风险评估及安全埋深设计具有指导意义。     

基于非线性有限元和响应面方法的海底管道受坠物撞击损伤的风险分析

海底管道受撞击过程涉及非线性及管土耦合(海床柔性,埋深)作用,传统的风险分析方法难以考虑上述因素,无法有效指导工程设计。针对上述问题,同时考虑到相关变量的随机性,提出了海底管道受坠物撞击损伤的可靠度分析模型。基于Python二次开发技术将非线性有限元分析方法与响应面法耦合,构建结构的极限状态曲面并求解相应的失效概率。将有限元分析结果及失效概率估计值分别与物理模型试验值和Monte Carlo法的估计值进行对比,验证了模型的合理性。结合工程实例,分析海床柔性、埋深对管道失效概率的影响,并对相关随机变量的敏感性进行分析。结果表明:该模型可以考虑复杂非线性因素,更加精确地估计失效概率;考虑海床柔性时,管道的失效概率可降低至不考虑该因素时的千分之一;为降低坠物损伤风险,应结合工程海域的冲击能量确定管道的合理埋深;作为随机变量的管道钢材料屈服强度、壁厚、管径,三者的变异性对失效概率的影响依次降低。研究结果对管道的风险评估及安全埋深设计具有指导意义。     

受撞击简支梁的弹塑性响应模式

本文利用小变形的Ｒａｙｌｅｉｇｈ梁理论，对在中点受到质量块撞击的简支梁进行了弹塑性数值计算，通过对响应早期梁中弯矩的分布与变化规律的细致分析，清晰地阐明了响应过程中弹性弯曲波的传播特征以及与塑性波的相互作用，从而增进了对于梁的变形机理与响应模式的认识和理解，为刚塑性理论建立准确的分析模型提供了有益的指导。     

海底管道腐蚀认识及预防措施

针对海底管道腐蚀损坏问题,不仪直接影响海油稳定生产和经济损失,而且还关系到海洋生态平衡。本文主要介绍海底管道腐蚀类型和防腐的重要意义及措施,望对有关海底管道防腐施工有所帮助。     

埋设悬跨海底管道的屈曲分析

考虑海床刚度,研究了埋设悬跨海底管道在热膨胀引起的轴向压力下的屈曲问题。传统方法是将悬跨管道简化为两端简支或者两端固支梁来处理。基于欧拉-伯努利梁理论,考虑线弹性海床刚度和轴向压力,建立并求解了埋设段管道和悬跨段管道在自重作用下的四阶常微分方程,获得了两段管道的静挠度和内力的解析公式。通过对静挠度的特性分析,给出了埋设管道段和悬跨管道段的稳定性判断准则。     

弹头高速撞击的有限元分析

弹丸高速撞击是武器设计中的重要研究课题。本文系统地阐述了Lagr-ange有限元方法的守恒方程、本构方程。在空间上采用四节点二维等参元网格离散化,在时间积分上采用显式中心差分法,并引入了抗沙漏节点力来控制弹塑大变形中的沙漏现象,碰撞接触面采用Wilkins滑移面技术。计算结果表明有限元数值分析是高速撞击领域内较有效的工具之一。     

试论海底管道铺管施工技术

海底管道广泛应用于海洋石油工业,已经成为连续输送大量油（气）最经济、最可靠、最安全、最快捷的运输方式,是海上油（气）田开发生产系统的重组成部分。本文首先阐述了海底管道铺设施工特点,其次,分析了海底管道的铺设方法,同时,以甬沪宁原油管道海底管道穿越工程为例,进行了实例分析。     

海底管道阴极保护电位的分布

海底管道将穿越不同环境的海水,海水的电导率和管道本身防腐蚀涂层的完好率,将极大地影响海底管道阴极保护电位的分布,而实测又受到多种因素的限制。为了准确地获取其真实分布状态,建立了海底管道阴极保护电位分布的数学模型,采用FLUENT软件对海底管道阴极保护电位进行模拟计算,研究了不同海水电导率和管道涂层破损率对管道阴极保护电位分布的影响。结果表明:模拟计算结果与实际测量结果吻合良好;阴极保护电位随海水电导率的升高而降低;管道涂层的破损率越低,越有利于阴极保护电位的均匀分布。     

有限元线法求解非线性模型问题——Ⅳ.弹塑性扭转

本文是有限元线法(FEMOL)求解非线性模型问题的系列工作的结束篇,对弹塑性扭转这一材料非线性模型问题进行了分析求解。文中以理想塑性材料的棱柱体的扭转为例,采用FEMOL单元对弹性区进行离散,并利用平凡ODE技巧将未知的结线端点(弹塑性交界点)的位置坐标纳入FEMOL导出的ODE体系中去,从而将问题转化为标准的非线性ODE问题。文中给出的数值算例表明,本法具有简便易行、迭代次数少、解答信息丰富且精度高等优点。     

岩石冲击破坏的流形元与有限元模拟对比分析

流形元是新出现的一种被较为广泛地应用于材料破坏模拟的数值分析方法。为了验证该方法在材料破坏模拟中的有效性,分别利用流形元与有限元两种不同的数值方法对岩石冲击破坏过程进行了模拟分析。模拟结果表明,流形元法对材料破坏的模拟结果更符合实际情况,这主要是由于该方法采用了两种不同的覆盖系统——数学覆盖和物理覆盖,并引入能够客观反映材料裂纹的产生与扩展准则,以及相应的块体运动理论。流形元的出现有望对材料破坏模拟开创出一条新的途径。     

基于向量有限元的深水管道屈曲行为分析

局部屈曲破坏是深水管道运行的最大安全问题之一.采用创新性的向量式有限元方法(VFIFE)分析深水管道结构屈曲行为,推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,编制Fortran计算程序和MATLAB后处理程序,开展外压下深水管道压溃压力和屈曲传播压力计算、压溃和屈曲传播过程模拟.开展全尺寸深水管道压溃试验,进行深...     

单向海流载荷下海底管道局部冲刷试验研究

采用量纲分析法建立了海底管道局部冲刷的相似准则,利用模型实验研究了管道局部冲刷的物理过程,以及极限平衡冲刷深度的影响因素。实验观测发现,对于初始嵌入深度较小的管道而言,局部冲刷一般可分为管道悬空、间隙冲刷、尾迹冲刷和平衡冲刷四个特征阶段。在亚临界流动范围内,管道极限平衡冲刷深度与雷诺数的相关性较小。在清水冲刷条件下,无量纲极限平衡冲刷深度随希尔兹数的增加而增大;在所研究的初始间隙比范围内(-0.25相似文献   

涡激振动问题的有限元计算研究

研究涡激振动的有限元计算。应用条带假设和在锁定响应时涡激作用力的Scanlan第二经验模型可以实现涡激作用力在时间和空间上的离散化;由于涡脱落激励中复杂的结构与尾流相互作用,使振动方程具有非线性的时间与频率混合项,为此本文推导了时频域混合变换的AFT方法计算涡激振动的时程响应。与传统的连续模型和随机振动理论计算涡激响应方法相比,具有更高的适应性。     

汽车轮胎的三维有限元结构分析

本文从轮胎内部材料微结构出发,建立三维分析模型,考虑轮胎大位移引起的几何非线性,轮胎各部位材料的物理非线性和拉压不同模量,考虑了轮胎与地面接触区域的可动性,通过一参数来提高预测接触区域的准确性,并用白光散斑干涉计量技术测定轮胎表面的大位移场,结果表明计算与实验结果是吻合的。     

底部钻具组合的二重非线性有限元分析

本文将弯曲井眼中的底部钻具组合(英文名称为Bottom Hole Assembly,简称BHA)作为空间梁来处理,在考虑几何非线性因素的基础上,导出了相应的有限元切向刚度矩阵。然后,利用“施加”与“放松”约束的方法处理了钻柱与井壁之间的接触非线性问题,并且考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上,建立了对大曲率弯曲井眼中的钻柱进行二重非线性有限元分析的基本方程,以及相应的牛顿－拉斐逊迭代求解技术。最后,通过数值算例和工程算例证明了本文方法的可靠性,所得结果为大曲率井眼轨迹控制提供了参考依据。