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运行在恶劣环境中的海底管道,往往受到内压、轴力和弯矩等复杂荷载的联合作用。腐蚀会导致管壁局部变薄,降低管道极限承载力。为保证管道安全高效运行,准确预测和分析复杂荷载作用下的塑性极限承载力和变形行为就显得尤为重要。考虑大应变和大变形、应力强化和材料非线性,运用数值仿真软件建立腐蚀缺陷管道的三维实体有限元模型,在全尺寸管道破坏试验验证的基础上,对腐蚀管道在内压、轴向压力和弯矩相互作用下的失效模式和极限弯矩承载力进行了相关研究,并进行了腐蚀缺陷几何参数的敏感性分析。研究结果表明:初始内压和初始轴向压力会显著降低腐蚀管道的极限弯矩承载力,并且影响最终的失效模式;在腐蚀缺陷几何尺寸参数中,腐蚀宽度比腐蚀深度和腐蚀长度的影响更大。 相似文献
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未埋设的海底管道在高温高压运行条件下可能发生侧向屈曲，情况严重时影响海底管道的结构安全。侧向屈曲临界力作为判定海底管道发生侧向屈曲的重要依据，主要影响因素有初始缺陷、管土相互作用等。现有关于侧向屈曲临界力的公式并未考虑管土相互作用、缺陷不平直度和管道自身材料特性对侧向屈曲临界力的综合影响。建立含有通用几何初始缺陷海底管道的数值模型，使用Riks算法进行参数分析以研究极限侧向土壤阻力、管道缺陷不平直度和截面几何尺寸对海底管道侧向屈曲的具体影响。基于量纲分析法和多元线性回归，推导出海底管道侧向屈曲临界力关于上述3个影响参数的一般公式，并对该公式进行了检验，结果表明文中推导的公式在参数涵盖的研究范围内有效。 相似文献
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椭圆度-凹坑双缺陷海底管道局部屈曲特性研究 总被引：2，自引：1，他引：1
海底管道在制造、埋设以及使用过程中极易产生椭圆度-凹坑双缺陷,双缺陷影响管道局部屈曲,对含椭圆度-凹坑双缺陷海底管道的局部屈曲特性研究十分必要。现行规范中采用等效椭圆度对含椭圆度-凹坑海底管道进行评估,该方法无法准确评估不同缺陷形式的屈曲特性。采用形状系数对含椭圆度-凹坑双缺陷的海底管道进行评估,运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并进行试验验证。在此基础上对含有不同凹坑深度、不同椭圆度的海底管道进行局部屈曲的数值模拟,计算不同形状椭圆度、含有不同凹坑深度海底管道的形状系数,对其进行敏感性分析。计算结果表明:形状系数对海底管道椭圆度、凹坑深度、径厚比敏感性较强;对凹坑宽度敏感性较弱。 相似文献
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在深海环境中,海底管线不仅承受较高外压,还会因为海水及运输介质的常年侵蚀而形成腐蚀缺陷,而腐蚀缺陷往往会导致管道的外压承载力下降。基于壳体稳定性理论,建立了含有非对称局部壁厚减薄管道在外压作用下的屈曲压力理论公式。公式具有广泛的适用性,当内、外局部壁厚减薄深度相等时,可用于计算含有对称局部壁厚减薄管道屈曲压力,而当内部或外部缺陷深度为零时,便可用于计算只含外部或者内部腐蚀缺陷的管道屈曲压力。通过有限元分析验证了该公式的正确性,结果表明公式可以准确预测不同缺陷位置及尺寸时管道的屈曲压力。详细研究了局部壁厚减薄缺陷位置、长度和深度等参数对屈曲压力的影响。研究表明,局部腐蚀对管道的屈曲压力产生重要影响,尤其当腐蚀角度和深度较大时,在腐蚀形成初期就会造成管道的承载力急剧下降,并且管道的屈曲压力与缺陷的径向位置有关,腐蚀缺陷位于管道外侧时的屈曲压力明显大于其位于管道内侧时的屈曲压力。 相似文献
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触地段(Touchdown zone, TDZ)是在役钢悬链线立管(Steel catenary riser, SCR)的关键部位,在复杂载荷作用下,极易形成损伤缺陷,其载荷寿命的评估是深海结构工程中的一个关键问题。本文以大型有限元软件ABAQUS为平台,运用损伤管道实体单元与土弹簧阻尼单元相互作用的模型模拟触地段损伤海底管道在复杂载荷作用下的动力响应,数值计算考虑了管-土相互作用过程中的材料非线性、几何非线性以及接触非线性。讨论了单一环向体积损伤位于触地段管道的不同位置时,触地段损伤管道在不同载荷作用下的动力特性及特征点的动力响应。结果表明,管道所受内外压力以及管道提升端的竖向位移载荷会影响结构的自振频率;体积损伤部位的动力响应较完好部位更剧烈;体积损伤的位置和动力载荷频率对管道动力放大系数的影响很大;当动力载荷的激励频率越接近结构基频时,损伤管道的动力响应及动力放大系数越大。 相似文献
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海底埋设双层管管道隆起屈曲分析是海洋管道设计的重要技术之一。在管道隆起屈曲分析中实现管土作用和内外管相互作用的准确模拟一直是工程应用追求的目标,也是其中的难点。利用管土作用单元和管中管单元等技术,建立了海底埋设双层管管道隆起屈曲分析有限元模型。该模型不但考虑了管道初始形状、压力、温差载荷、管道材料非线性等常规因素,还考虑了非线性管土作用和内外管相互接触作用,并能对管道屈曲前和屈曲后全程进行模拟。应用该模型,计算了一条高温高压埋设双层管管道隆起屈曲过程中的应力等。算例表明该模型有较好收敛性,能对一般海底高温高压埋设双层管管道隆起屈曲进行准确模拟。 相似文献
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铺设过程中海底管道的非线性分析 总被引：2，自引：1，他引：2
本文运用弹性杆理论建立了铺设过程中海底管道的综合相容的力学模型。该模型考虑了由于管道的大挠度变形引起的几何非线性和由于流体动载荷引的的载荷非线性的影响,考虑了随管道变形而变化的边界条件。介绍了差分法在求解该非线性模型中的应用,并对如何模拟边界条件提出了一整套方法。本数值方法的结果与已有的直接积分法计算结果比较,二者吻合较好。 相似文献
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1 .Introduction Submarine pipelines are one of the safest and the least environmentally disruptive means for ma-rine gas or oil transport . With the development of exploitation of submarine oil or gas ,the safety ofsubmarine pipelines has becomethe major … 相似文献
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Study on Interaction Relationship for Submarine Pipeline with Axial Corrosion Defects 总被引：2，自引：0，他引：2
Corrosion is one of the main reasons to cause the operation accident of submarine oil and gas transmission pipelines. As the major corrosion pattern in submarine pipelines, the effects of corrosion clusters consisting of the adjacent corrosion defects on failure pressure are investigated through non-linear large-deformation finite element method. Typically, the failure behavior and limit strength of submarine pipeline with axial groove-groove corrosion defect pair exposed to internal pressure are analyzed. The effects of corrosion depth and axial spacing between a pair of corrosion defects on failure pressure are concluded. An interaction relationship for corrosion defects in pipelines, as well as prediction formulations for assessing the remaining strength of corroded pipelines are proposed. The expressions based on the proposed interaction relationship give more accurate results than the methods used in the existing design guidelines. 相似文献
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Zhang Wenge Li Dexiang
Associate Professor Dalian Railroad Institute Dalian .
Engineer Dalian New Shipyard Dalian 《中国海洋工程》1997,(4)
-The first-yield collapse of submarine pipelines with an initial out-of-roundness imperfection un-der combined bending and external pressure load is formulated by means of the Von.Mises yield criterion.The formula reduces to Timoshenko and Gere's expression in the case of external pressure load alone.Theinfluence curves of various parameters on the yield strength are presented,the collapse of submarinepipelines in a deep water region is numerically predicted,and the effect of pre-yield nonlinear bending onthe yield strength is also examined. 相似文献
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Based on the elastic-plastic, large-deformation finite element method, burst capacity of steel pipeline with longitudinal corrosion defect subjected to internal pressure is studied. The appropriate stress-based criterion is used to predict the failure pressure of finite element model of corroded pipeline under internal pressure. By considering the pipe steel grades and geometries of corrosion defects, a series of finite element analyses is conducted. The effects of corrosion depth, length and width on burst capacity are also discussed. A specific failure pressure solution for the assessment of corrosion defects in moderate-to-high strength pipeline is proposed on the base of numerical results. The failure pressures predicted by the proposed method are in better agreement with the experimental results than the results by the other methods. 相似文献
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海底滑坡作为常见的海洋地质灾害,对海洋油气工程安全产生巨大威胁。海床土体失稳引起滑坡体滑动,会对海底管道产生拖曳作用。基于计算流体动力学方法(CFD)建立海底滑坡体对管道作用的评估模型,采用H-B模型描述块状滑坡体并与试验比较验证,分析不同海床倾斜度滑坡对管道的作用并拟合表达式;研究了海底管道在滑坡作用下的力学响应,并采用极限状态方法开展海底滑坡作用下管道结构极限安全分析,探讨了管道埋地状态时的极限安全界限,建立滑坡作用下管道结构安全分析方法。研究表明:滑坡对管道作用力与海床倾角呈现正相关,而覆土层厚度对作用力影响较小;随着不排水抗剪强度的减小,允许的滑坡宽度和速度均增加,表明土体不排水抗剪强度与引起的拖曳力呈正相关;滑坡土体宽度对极限安全速度影响较大。 相似文献
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针对裸露悬跨海底管道,考虑线弹性海床刚度,利用梁的小挠度理论,研究管道在自重作用下的变形和内力,推导给出了未脱离海床的管道段和悬跨管道段的变形和内力公式。在跨度较大的悬跨情况下,悬跨管道段较大的向下弯曲变形可能引起海床上管道脱离海床而翘起。建立管道翘起的判定准则,对于翘起情况推导相应的计算公式,通过算例给出翘起情况下管道的变形和内力。通过计算分析发现:工程上多数悬跨是翘起情况,没有翘起的计算公式只适应于跨度较小的悬跨管道。同时翘起情况下不同海床刚度对悬跨管道无量纲内力影响不大。 相似文献
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Because of the complex geological conditions of the seabed, submarine pipelines buried beneath the ocean floor become suspended over the seabed under the long-term scour of waves eroding the surrounding sediment. Further, most oil fields were built in offshore areas while the country was developing. This gives the waves seen in shallow water obvious nonlinear features, and the abnormal characteristics of these waves must be considered when calculating their hydrodynamic forces. Particularly under such conditions, these suspended spans of submarine pipelines are prone to damage caused by the action of the external environment load. Such damages and eventual failures may result not only in great property losses but also pollution of the marine environment. The span length of these areas is a key predictive factor in pipeline damages. Therefore, determining the allowable span length for these submarine pipelines will allow future projects to avoid or prevent damage from excessive suspended span lengths. Expressions of the hydrodynamic loads placed on suspended spans of pipeline were developed in this work based on the first-order approximate cnoidal wave theory and Morison equation. The formula for the allowable free span length was derived for the common forms of free spanning submarine pipeline based on the point where maximum bending stresses remain less than the material’s allowable stress. Finally, the allowable free span length of real-world pipelines was calculated for a subsea pipeline project in Bohai Bay. This research shows that, with consideration for the complicated marine environment, existing suspended spans are within allowable length limitations. However, continuing to limit the length of these submarine pipeline spans in the Nanpu oil field will require ongoing attention. 相似文献
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针对管线绕流剪切层区的水流特征,利用射流分析的类似方法,通过简化控制方程,从理论上探讨了剪切层区的时均速度分布规律。物理试验中采用ADV测速仪对回流区流场进行了测量,对各流区流速和紊动强度变化趋势进行了讨论,并将试验结果与理论推导进行对比,二者基本吻合,为进一步研究海底管线防护措施提供了理论依据。 相似文献