海底埋设双层管管道隆起屈曲分析

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。

海洋管道单点提放的若干数学模型研究

海管铺设或者提升、下放时可能因应力过大而破坏,因此需建立数学分析模型进行施工方案设计。海管铺设和单点缓慢提升和下放过程可用两种控制微分方程求解,一种是二阶微分方程形式,另一种是三阶微分方程组形式,两者的适用范围目前尚不明确。两种微分方程与不同边界条件组合,并结合一个新的确定悬空管道长度的公式,形成三个分析模型。对这三个模型的数值求解表明:三阶微分方程组形式的控制方程能更准确的描述海管单点提放的整个过程,且与海洋管道有限元分析软件OrcaFlex的计算结果完全一致。

双层管道整体屈曲实验研究及数值模拟

近海管道通常被掩埋起来以避免渔业捕捞活动的损伤,并且能够为管道提供隔热保护.如果管道能够由沟槽提供足够大的侧向力,管道将会由于温度变化或其它原因引起轴向力的增大而发生隆起屈曲.如果没有挖沟线等侧向约束,侧向屈曲将会占据主导地位.管道轴向应力是导致海底管道发生屈曲的主要原因.侧向屈曲在较低的压力下比隆起屈曲更容易发生.双层管的复杂结构导致其整体屈曲理论分析十分困难.利用小尺寸模型实验装置对双层管道整体屈曲进行了实验研究,得出屈曲发展过程中轴力与位移的关系以及临界轴力.此外,利用最新的管中管单元技术,建立了高效的有限元分析模型,并且对管道屈曲前和屈曲后全程进行了模拟.对比表明数值模拟结果与实验结果非常吻合.

海底埋设高温管道隆起屈曲数值模拟研究

高温是引发海底管道整体屈曲失效的主要因素,而海床上存在的局部隆起使得高温埋设管道更加容易发生隆起屈曲。这里重点研究海底埋设高温管道发生隆起屈曲的临界温度载荷及其影响因素,提出了一种简化的数值模拟分析模型,同已有的相关实验结果比较表明,本方法可以较好地近似计算高温管道的隆起屈曲。基于本方法开展的参数分析,得到了管道覆土高度、混凝土配重层厚度、海床不平整对海底高温管道发生隆起屈曲的影响趋势。

基于最小二乘法的抽油机井示功图自动分类及故障诊断

将最小二乘法用于抽油机井示功图的自动分类及故障诊断。该方法的原理是任意两个示功图的"最小二乘相似度"即观察值Y之差的平方和值越小,二者越相似。本文根据该原理编写了一套测试软件,对大港油田20 000多个示功图进行了自动识别分类,并将抽油井故障进行自动诊断。结果表明该方法提高了示功图分类的效率及诊断的准确性。

吸力锚负压沉贯渗流场有限元分析

吸力锚的负压沉贯安装是其主要特征,对吸力锚承载能力的分析必须要考虑负压沉贯的影响。负压沉贯过程中,吸力锚内部和外部邻近区域土体内的孔隙水在水头差作用下,产生渗流场。由于渗流的作用,土体强度可能发生变化,研究吸力沉贯过程中的渗流现象具有重要意义。通过将有限元分析结果与其他学者的试验结果进行对比分析,指出负压安装过程中影响吸力锚内部水力梯度的因素,并分析了渗流对于土体性质的影响规律。

磁悬浮人工髋关节的模型设计及其磁力计算

磁悬浮人工髋关节是一个全新的概念,提出了理想的磁悬浮人工髋关节模型的磁悬浮力应满足的理论要求———悬浮台阶曲线,另一方面为了验证磁悬浮人工髋关节研制的可行性,辅助其设计,需要进行磁力计算。介绍了永磁体磁场有限元计算的基本理论,并着重介绍了其中的矢量磁位法。大型通用有限元计算软件ANSYS正是基于这些理论来计算磁场及相关物理量。通过具体实例,验证了ANSYS磁力计算的有效性,并借助ANSYS这一方便有效的工具完成了磁悬浮人工髋关节的设计和其磁悬浮力的计算,总结了一些具有意义的经验和规律。

埋设管道竖向抬升时的土体抗力研究

利用有限元软件ABAQUS来建模分析海底埋设管道在疏松、中等密度和致密砂土中不同埋深比下,管道竖向抬升时土抗力随位移的变化。分析结果表明,砂土的竖向土抗力随埋深比增加而增大,竖向土抗力达峰值时管道的竖向抬升位移也随之增大,砂土越密实最大竖向土抗力越大;当埋深比为2、3、4时,土体表面有明显的隆起现象;达到最大竖向土抗力时管道的竖向位移随着埋深增加而增大。分析结果与试验结果和理论结果相符,验证了有限元分析计算的可行性。最后指出,研究管道隆起屈曲过程中竖向土抗力的发挥过程和变化规律具有实际的工程意义。

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000 m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践,深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础,同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.

双层高压储氢瓶概念设计与增容分析

由冯米塞斯屈服准则可知静水压力通常对材料屈服强度无影响,文章对一般高压瓶进行保持内外压差的增压加载过程模拟,得到等压差总是导致相同应力场的强度的结论。针对高压储氢瓶既能保持材料强度又能提高内压和容量的目标,利用该结论进行双层高压储氢瓶的概念设计。文中设计的双层瓶比常用储氢瓶增加了一层内瓶,瓶内形成两个压力分层,因此增加了一个可调控的内部压差。保持一定压差,调整内外层相对尺寸,分析双层瓶在相同屈服应力条件下的单位体积储氢量。结果表明,在相同屈服应力条件下的单位体积储氢量最大可比对应单层瓶提高约25%。文中设计和分析结果,对提高储氢瓶的储存能力具有较好参考价值。

材料力学课程资源建设及多种课堂教学模式的实践和探讨

通过材料力学精品共享资源课程及其课程网站的各种课程资源的建设,不断地探索和引进一些新的教学方式和方法,在几个年级的材料力学课程教学中分别尝试了翻转课堂、对分易课堂以及其他的教学方式,取得了一定成效。提出了依托精品资源共享课程网站的"翻转课堂+对分模式+传统教学"的方法及模式,并建立相应的评价标准,有效地提高了教学效果和质量,具有较好的实际应用价值。

应用MATLAB中的BP神经网络诊断抽油机井工况

为了保证采油生产的高效、安全进行,将人工神经网络用于抽油机井故障的自动识别。对现场采集的油井示功图数据预处理后,用MATLAB进行编程,并利用现场数据进行验证。结果表明,神经网络事故诊断系统,对抽油机井工况的识别正确率高,识别效果稳定。将BP神经网络诊断系统应用于抽油机井示功图识别是实现有杆采油系统故障诊断的自动化、智能化的有效方法。

材料力学课程虚拟仿真实验系统的开发及应用

提出开发一个桌面型的简易材料力学课程虚拟仿真实验系统,以拓展实验教学内容的广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平、降低实验材料的消耗,从而保证每个学生都能充分熟悉和掌握实验过程和操作。该系统采用Unity 3D作为虚拟仿真系统的开发平台,利用SolidWorks对实验设备进行了三维建模,使用C#脚本语言编程和UGUI界面设计完成了整个虚拟系统的设计和搭建,并进行了系统测试。最后在实际的教学中进行了应用,取得了较好的效果。

“互联网+”有限元分析教学在车辆工程专业的实践与思考

针对车辆工程本科专业,将其基础技能专业课程之一"有限元分析"进行"互联网+"教学实践,探索了该课程网络化教学内容的深度、方式和有效途径。通过实践,发现"互联网+"的教学方式能切实提高学生的自学能力和学习效率,扩大学生学习时间和空间的自由度,减少教师的重复性劳动。面向车辆工程本科生的有限元分析"互联网+"教学实践为本科新工科教育的方式改革提供有益参考。