深海管道非线性屈曲理论计算方法 被引量：17

1

作者 余建星 李智博 +3 位作者 杜尊峰 傅明炀 卞雪航 杨源 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2013年第1期54-60,共7页

针对深海管道在侧向静水压条件下发生局部屈曲压溃的情况,研究了关于管道前屈曲阶段变形响应和压溃压力的计算方法。假定管道前屈曲阶段发生沿轴向均匀一致的椭圆度变形,建立基于圆环的力学模型,考虑几何大变形和材料的弹塑性本构关系,... 针对深海管道在侧向静水压条件下发生局部屈曲压溃的情况,研究了关于管道前屈曲阶段变形响应和压溃压力的计算方法。假定管道前屈曲阶段发生沿轴向均匀一致的椭圆度变形,建立基于圆环的力学模型,考虑几何大变形和材料的弹塑性本构关系,利用虚功原理建立平衡方程。通过选用合适的位移离散函数对方程组数值离散,并利用牛顿法进行数值求解,得到含椭圆度缺陷的管道截面的变形响应和压溃压力。通过试验、有限元分析和规范对理论计算结果进行了对比验证,证明该方法精度可靠,与事实吻合。最后,计算了初始椭圆度缺陷对不同径厚比管道的压溃压力的影响。 展开更多

关键词 深海管道 压溃压力 非线性屈曲 初始椭圆度

下载PDF 职称材料

复杂载荷条件下有缺陷海底管道非线性屈曲分析 被引量：10

2

作者 陈飞宇 余建星 +2 位作者 赵羿羽 孙震洲 刘见德 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期2701-2706,共6页

针对有初始缺陷海底管道在弯曲、轴力和外部静水压力联合作用下的复杂载荷屈曲压溃问题,建立管道的屈曲压溃理论模型,研究中考虑管道变形的几何非线性和材料非线性,运用结构弹塑性本构关系,基于虚功原理建立管道屈曲压溃方程;运用MATLA... 针对有初始缺陷海底管道在弯曲、轴力和外部静水压力联合作用下的复杂载荷屈曲压溃问题,建立管道的屈曲压溃理论模型,研究中考虑管道变形的几何非线性和材料非线性,运用结构弹塑性本构关系,基于虚功原理建立管道屈曲压溃方程;运用MATLAB编程进行数值计算,分别研究分析弯曲、轴力和外部静水压力单独作用,以及3种载荷联合作用的管道压溃压力。研究结果表明:复杂载荷条件下的有缺陷管道,尤其是当轴力和曲率比较大时,各因素对管道屈曲压溃压力影响的非线性特征逐渐明显;多种载荷的联合作用与单一载荷对屈曲压溃压力的影响是不一致的。研究结果可为实际工程中海底管道临界屈曲载荷的确定、危险位置的辨识、设计中的结构参数优化以及施工中的屈曲控制提供理论依据,从而保障海洋油气输送安全。 展开更多

关键词 海底管道 复杂载荷 屈曲压溃 非线性 压溃压力

下载PDF 职称材料

后挖沟深度对深海海底管道屈曲影响数值分析 被引量：9

3

作者 李修波 刘可安 +1 位作者 王华昆 王鸿飞 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第3期152-160,共9页

鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问... 鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问题,对SMD(UK)犁式挖沟机展开参数优化,确保作业过程中悬跨段管道在外部静水压力作用下,海底管道不会发生屈曲破坏。采用ABAQUS软件,分别建立了作业前和作业中两种工况下的悬跨模型,分析机械手对接触部分管道的损伤,结果显示,作业中的机械手对悬跨管道的损伤更大;同时,建立了作业中不同管径下,后挖沟深度对管道损伤的安全裕量关系曲线。进一步,结合作业中不同挖沟深度下的管跨段屈曲数值模型,对处于外部静水压力作用下的悬跨管的屈曲失效展开分析,结果显示,随着后挖沟深度的加大,不同管径下的悬跨段管道局部出现塑性压溃的临界压力值不断降低;管道外径的增大,降低了同一后挖沟深度下发生屈曲失效的压力值。最后,在后挖沟深度与外部静水压力组成的区域内,建立屈曲失效临界关系曲线,并划分出工作区和压溃区,为深海管道后挖沟埋管的施工提供工程参考。 展开更多

关键词 犁式挖沟机 后挖沟深度 海底管道 屈曲失效 损伤模型 压溃压力

下载PDF 职称材料

含椭圆度和腐蚀缺陷海底管道的压溃承载能力研究 被引量：2

4

作者 谢鹏 常江涛 陈信斌 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期1096-1108,共13页

深水海底管道在服役过程中,在管道内部腐蚀介质及外部海水复杂条件作用下,管道会形成腐蚀、椭圆度等几何缺陷,在海水压力作用下,还容易发生压溃并造成管道失效。本文研究建立了椭圆度+腐蚀缺陷海底管道模型,基于RIKS方法对管道的压溃过... 深水海底管道在服役过程中,在管道内部腐蚀介质及外部海水复杂条件作用下,管道会形成腐蚀、椭圆度等几何缺陷,在海水压力作用下,还容易发生压溃并造成管道失效。本文研究建立了椭圆度+腐蚀缺陷海底管道模型,基于RIKS方法对管道的压溃过程进行数值模拟,分析了不同椭圆度以及内腐蚀缺陷长度、宽度和深度对管道压溃压力和压溃模式的影响,系统地研究了椭圆度和内腐蚀缺陷对海底管道压溃响应的相互作用机理。结果表明:海底管道发生压溃时,有多种压溃模式,如“∞”型、“8”型和“U”型,压溃模式与椭圆度和初始缺陷的尺寸密切相关;当椭圆度较小时,压溃模式主要受腐蚀缺陷尺寸影响,腐蚀缺陷长度的增加会使管道发生“8”型压溃模式,腐蚀缺陷深度和宽度的增加会使管道发生“U”型压溃模式;当椭圆度较大时,压溃模式主要受椭圆度影响,此时无论腐蚀缺陷尺寸如何变化,管道压溃模式均为“∞”型或“U”型;当压溃模式为“∞”型或“U”型时,管道压溃压力随椭圆度的增大而减小;当管道压溃模式为“8”型时,管道压溃压力随椭圆度的增大而增大;在椭圆度不变的情况下,腐蚀缺陷尺寸的增大会使压溃压力减小。 展开更多

关键词 海底管道 椭圆度 腐蚀缺陷 压溃模式 压溃压力

下载PDF 职称材料

含腐蚀缺陷海底管道压溃压力计算方法 被引量：4

5

作者 陈严飞 侯富恒 +4 位作者 郎一鸣 高莫狄 张晔 夏通璟 张恩勇 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期182-188,共7页

腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验... 腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验数据对比验证了其可靠性。在此基础上,开展了腐蚀参数敏感性分析,得到了腐蚀深度、长度和宽度对海底管道压溃压力的影响规律:腐蚀长度、宽度和深度对海底管道的压溃压力影响效果依次递增,相对于轴向短腐蚀管道,腐蚀深度和腐蚀宽度对长腐蚀管道压溃压力的影响更大。基于敏感性分析和大量数值计算结果,采用非线性回归方法得到了含腐蚀缺陷海底管道压溃压力的计算公式,将该公式计算结果与文献试验结果和现有方法计算结果进行了对比,本文回归公式与试验值的误差小于10%,与现有计算方法的误差小于3%,证明本文回归公式能较为准确地预测含腐蚀缺陷海底管道的压溃压力。相关成果为含腐蚀缺陷海底管道的完整性评价提供了参考。 展开更多

关键词 海底管道 腐蚀缺陷 压溃压力 计算方法 腐蚀深度 腐蚀宽度 腐蚀长度

下载PDF 职称材料

考虑轴向荷载和外压影响的非黏结柔性管道骨架层失效分析 被引量：2

6

作者 陈严飞 刘昊 +5 位作者 曹静 孙伟栋 覃雯琪 阎宇峰 何明畅 宗优 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第1期125-133,共9页

非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效。骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效。采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触... 非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成,主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效。骨架层失效是柔性软管故障的最大风险,骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效。采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响,对"S"型骨架层结构建立三维有限元模型,进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析,而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析。结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力,相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考。 展开更多

关键词 非黏结柔性管道 骨架层 轴向极限承载力 压溃失效 压溃压力

下载PDF 职称材料

海底管道动态压溃时激发压力脉冲特性分析 被引量：1

7

作者 付光明 李明亮 +3 位作者 孙宝江 高永海 刘树阳 时晨 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期983-989,共7页

为研究海底管道压溃及压溃传播过程中压力脉冲场的分布特性,本文建立了深水海底管道动态压溃传播的有限元数值计算模型,采用声固耦合技术模拟了海底管道与周围流体介质的耦合作用,并利用相关实验数据对该有限元模型进行验证。本文通过... 为研究海底管道压溃及压溃传播过程中压力脉冲场的分布特性,本文建立了深水海底管道动态压溃传播的有限元数值计算模型,采用声固耦合技术模拟了海底管道与周围流体介质的耦合作用,并利用相关实验数据对该有限元模型进行验证。本文通过提取周围流场中压力脉冲的时空分布规律,分析了海底管道压溃传播过程中压溃变形与压力脉冲的耦合特性;讨论了海底管道压溃变形形态传播发生突然翻转时管道周围压力脉冲的分布规律。研究结果表明:该有限元模型可准确预测海底管道的压溃和压溃传播压力以及管道周围压力脉冲的时空分布特性。管道压溃瞬间,管道近壁面周围将产生数倍甚至十倍于管道压溃压力的压力脉冲。海底管道发生翻转型压溃传播时,管道近壁面压力脉冲分布也发生相应的变化。 展开更多

关键词 海底管道 有限元模型 实验验证 动态压溃 压力脉冲 压溃压力 压溃变形 声固耦合分析

下载PDF 职称材料

深水钻井隔水管法兰接头压溃安全分析研究 被引量：2

8

作者 刘清友 何俊江 毛良杰 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期163-169,共7页

针对深水钻井隔水管法兰接头在深水钻井过程中承受着复杂恶劣的环境载荷,以及工作过程中产生的内外压差,有必要对深水钻井过程中法兰接头的工作受力情况进行深入研究。根据有限元原理,建立了法兰接头模型,利用有限元分析方法研究了不同... 针对深水钻井隔水管法兰接头在深水钻井过程中承受着复杂恶劣的环境载荷,以及工作过程中产生的内外压差,有必要对深水钻井过程中法兰接头的工作受力情况进行深入研究。根据有限元原理,建立了法兰接头模型,利用有限元分析方法研究了不同外压载荷下的隔水管法兰接头无磨损以及磨损情况下的应力分布情况及临界压溃压力。分析结果表明,在螺栓预紧力载荷以及工作载荷情况下,法兰接头符合安全强度要求;对无磨损的法兰接头施加外压载荷,法兰接头受到的最大应力随着外压载荷的增加而增加,外压载荷增加到一定值时,上法兰接头辅助管道通道处的T型台处会产生应力集中;对磨损的法兰接头施加外压载荷,法兰接头的临界压溃压力随着磨损深度的增加而减小。 展开更多

关键词 法兰接头 有限元 压溃压力 外压载荷 磨损程度

下载PDF 职称材料

含腐蚀缺陷高强钢厚壁管道压溃压力预测方法 被引量：1

9

作者 陈严飞 蒋智明 +3 位作者 侯富恒 冯玮 吴祖明 王春莎 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第3期32-39,共8页

腐蚀是管道常见的缺陷形式之一,会极大降低管道的压溃压力,同时深海环境下高静水外压易引发管道压溃失效,威胁管道的安全运行,因此准确预测管道压溃压力显得尤为重要。采用数值模拟方法研究了含腐蚀缺陷的高强钢厚壁管道压溃失效模式,... 腐蚀是管道常见的缺陷形式之一,会极大降低管道的压溃压力,同时深海环境下高静水外压易引发管道压溃失效,威胁管道的安全运行,因此准确预测管道压溃压力显得尤为重要。采用数值模拟方法研究了含腐蚀缺陷的高强钢厚壁管道压溃失效模式,分析了管材、管道径厚比、腐蚀深度、长度和宽度等参数对高强钢厚壁管道压溃压力的影响规律。分析结果表明:管道径厚比愈大,对厚壁管道的承压能力提升愈显著;腐蚀缺陷的存在对管道压溃压力具有减小作用;随着管道材料等级的提升,压溃压力有明显提高。提出了相应的压溃压力预测公式,为厚壁管道完整性评价提供了参考依据。 展开更多

关键词 高强钢 厚壁管道 外压 压溃压力 腐蚀缺陷

下载PDF 职称材料

柔性管道骨架层压溃失效机理和安全评价方法研究进展 被引量：2

10

作者 陈严飞 刘昊 +4 位作者 孙伟栋 董绍华 覃雯琪 高莫狄 马尚 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第4期154-162,共9页

非黏结柔性管道作为深水油气开发领域的关键设备,是连接海底井口和海洋平台的主要纽带。海洋油气开发水深已经超过了3000 m,高静水压力是深水软管设计和安全评价的主要挑战,明确深水柔性管道压溃失效机理,并准确地预测柔性管道的压溃压... 非黏结柔性管道作为深水油气开发领域的关键设备,是连接海底井口和海洋平台的主要纽带。海洋油气开发水深已经超过了3000 m,高静水压力是深水软管设计和安全评价的主要挑战,明确深水柔性管道压溃失效机理,并准确地预测柔性管道的压溃压力可以为柔性管道结构设计和安全评价提供依据,柔性管道的压溃压力与骨架层的几何形状以及骨架层之间复杂的相互作用有关,准确高效地预测压溃压力变得极具挑战性。针对柔性管道失效机理研究和压溃压力预测方法进行了总结,指出当前柔性管道压溃失效分析中薄弱的环节,为我国非黏结柔性管道的结构设计和安全评价提供参考。 展开更多

关键词 柔性管道 骨架层 失效机理 压溃压力 安全评价

下载PDF 职称材料

考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法 被引量：1

11

作者 陈严飞 张琦 +3 位作者 侯富恒 董绍华 张恩勇 曹静 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期153-165,共13页

凹陷是深海管道常见的缺陷形式,会使管道抵抗外压的能力大大降低,从而发生失效。目前针对含凹陷深海管道缺乏准确的评估方法。本文采用非线性有限元方法,分析了凹陷深度、凹陷长度、径厚比和椭圆度对深海管道压溃压力的影响规律,给出了... 凹陷是深海管道常见的缺陷形式,会使管道抵抗外压的能力大大降低,从而发生失效。目前针对含凹陷深海管道缺乏准确的评估方法。本文采用非线性有限元方法,分析了凹陷深度、凹陷长度、径厚比和椭圆度对深海管道压溃压力的影响规律,给出了考虑凹陷长度影响的深海管道压溃压力预测方法,为含凹陷深海管道的工程评估提供了参考依据。 展开更多

关键词 深海管道 凹陷 压溃压力 回归分析 预测方法

原文传递

复杂载荷下加载路径对管道屈曲压溃影响的研究 被引量：1

12

作者 余建星 韩梦雪 +5 位作者 余杨 陈海成 杨政龙 许伟澎 徐盛博 刘泽生 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1017-1024,共8页

管道在铺设过程中主要受到轴力、弯矩和水压的联合作用.不同的铺设条件下,管道所受的主导载荷存在不同的组合形式.与此同时,管道在安装、服役和维修期间存在不同载荷施加顺序的问题.针对水压-轴力复合加载和水压-循环弯矩复合加载两种... 管道在铺设过程中主要受到轴力、弯矩和水压的联合作用.不同的铺设条件下,管道所受的主导载荷存在不同的组合形式.与此同时,管道在安装、服役和维修期间存在不同载荷施加顺序的问题.针对水压-轴力复合加载和水压-循环弯矩复合加载两种联合加载形式,开展了5组缩尺比管道试验,在上述两种复杂加载情况下,探究不同加载路径对管道屈曲压溃的影响趋势.依托大型商业有限元软件ABAQUS,对试验管件的几何尺寸、受力状态和边界约束条件进行仿真模拟,跟踪管件在不同加载路径下的变形历程和应力分布状态,并对试验结果发现的影响规律进行补充验证.从几何缺陷方面对不同加载路径的影响机理进行探索与挖掘,通过提取管道屈曲压溃截面的椭圆度变化历程,解释了不同加载路径对管道屈曲压溃的影响机理.结果表明:先水压后轴力的加载路径比先轴力后水压的加载路径更危险,先水压后循环弯矩的加载路径比先循环弯矩后水压的加载路径更加危险.当外部先施加水压载荷,相较于轴力的影响效果,弯矩对管道的外压承载力影响更为明显.通过对有限元模型进行后处理分析,发现先水压后轴力和先水压后循环弯矩的加载路径下,水压的存在会加剧后续管道截面椭圆度的增长速率,进而增大管道失效时的截面缺陷,降低管道的极限承载力. 展开更多

关键词 海底管道 压溃压力 模型试验 加载路径 数值模拟

下载PDF 职称材料

地震断层对管道压溃压力的影响

13

作者 余建星 袁祺伟 +3 位作者 余杨 王华昆 王彩妹 赵岩 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2020年第2期180-190,共11页

利用有限元软件ABAQUS,结合用户自定义Python程序,开展地震断层作用下深海管道局部变形和压溃过程的数值模拟。分析均质土体和随机分布土体模型的地震断层位移大小对管道局部变形的影响,并分析断层诱发的局部挤压变形对管道压溃压力的... 利用有限元软件ABAQUS,结合用户自定义Python程序,开展地震断层作用下深海管道局部变形和压溃过程的数值模拟。分析均质土体和随机分布土体模型的地震断层位移大小对管道局部变形的影响,并分析断层诱发的局部挤压变形对管道压溃压力的影响。研究表明:相比于断层走向与管道轴线方向垂直的走滑断层,断层走向与管道轴线方向夹角为45°的走滑断层作用下管道的压溃压力较小,且当断层走向为管道轴线方向逆时针旋转45°时,左旋走滑断层作用下管道的压溃压力低于右旋走滑断层作用下的管道压溃压力。断层位移相同时,管道径厚比越大,压溃压力越小。考虑土壤随机性时,由于APIX65钢制管道刚性较大,且管道两侧土体内聚力和摩擦角分散于均质土壤土体参数均值两侧,因此断层作用过程中管道受到的土压力在均质土壤模型中的土压力数值处上下波动。 展开更多

关键词 海底管道 地震断层 有限元分析 压溃压力 随机土体

下载PDF 职称材料