海底管道侧向屈曲激发设计应用及验证

介绍国内首次进行海底管道侧向屈曲激发的工程设计应用和基于投产后调查的验证及再分析。进行基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制基础。根据铺设后调查,对管道铺设后不直度、沉降值等数据进行分析,发现南海海底管道由孤立波造成的海床沉积物不均匀沉积的直接证据。投产后调查验证了侧向屈曲激发装置的有效性,并根据膨胀、侧向屈曲量进行再分析,验证管-土作用参数。结论对深水高温高压海底管道设计与建设以及管-土作用参数的计算有一定的指导意义。

海底管道侧向屈曲概率化分析方法

介绍海底管道侧向屈曲概率化分析的理论基础和方法,编制基于蒙特卡罗分析方法的侧向屈曲模式计算程序,并结合有限元分析,实现对可接受虚拟锚固间距的筛选,形成海底管道侧向屈曲控制的基础。给出基于概率化方法的侧向屈曲分析实例,该方法已在工程实际项目中成功应用。所得结论对深水高温高压海底管道设计与建设具有指导意义。

含初始缺陷海底管道侧向屈曲临界力的参数解

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。

考虑初始嵌入深度变异性的海底管道整体侧向屈曲分析

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分,在高温高压运行状态下易发生整体屈曲,开裂破坏后造成油气泄露。海床土体对管道的侧向抗力是影响其屈曲的关键因素,而管道侧向抗力发挥与初始嵌入深度密切相关。构建了海底管道整体屈曲数值模型,对初始嵌入深度等因素进行不确定性分析,揭示了初始嵌入深度变异性对管道屈曲的影响机制。研究发现:当初始嵌入深度越大、初始缺陷越小时,管道临界屈曲轴力越大,屈曲位移越小;管道嵌入深度变异性的存在会导致管道更易屈曲,并诱发不对称的三阶屈曲或更高阶屈曲;管道嵌入深度在空间上的变异性对屈曲发生概率P(p<p_(det))存在影响,而相关性的改变对管道屈曲影响较小;管道存在屈曲模式转变界限升温,当屈曲升温大于界限升温时,管道发生跳跃型屈曲,反之则发生分岔型屈曲。

长输油气海底管线侧向屈曲蛇形铺设布置方法研究

中国经济正处于快速发展的重要时期,需要更多优质油气资源满足各个领域发展需求。为此,文章将长输油气海底管线作为研究对象,从侧向屈曲、虚拟锚点间距、有限元分析三个维度研究侧向屈曲蛇形铺设布置方法,旨在为更多海洋资源开发单位提供技术指导,推动社会经济可持续发展。

刚性连接双层海底管道高温侧向屈曲分析方法研究

以惠州25-3/1双层海底管道为例,提出高温荷载下刚性连接双层海底管道的侧向屈曲分析方法,并研究该类管道的侧向屈曲特性。将解析分析与有限元技术相结合,在提出刚性连接双层海底管道屈曲分析方法的同时,发展了Hobbs公式的应用范围,使其成为屈曲分析有限元建模指导工具。以分析不稳定平衡问题的改进Riks方法被证明为高温海底管道屈曲分析的有效算法,得到的弧长—载荷比例因子曲线能够充分地描述双层管道的屈曲失稳过程。惠州管道的分析结果表明,刚性连接双层海底管道的整体热稳定性较高,在海床上一般不容易发生侧向屈曲,但热荷载作用下内管的后屈曲将有可能引发较高的应力集中,对此需要充分校核;另外环空间隙的减小有利于提高内管的临界屈曲载荷,从而提升管道的整体性能。

基于分布浮力式的海底管道侧向屈曲控制优化

不加控制的侧向屈曲严重威胁深海油气输送管道的安全运行.分布浮力式海底管道侧向屈曲控制技术中,各个分布浮力模块对管道系统有效轴向载荷有较强的耦合作用,必须进行合理设计.为提高对管道系统侧向屈曲的控制效果,基于弹性解析模型,对大尺度海底管道系统侧向屈曲分布浮力式控制技术中浮力模块的设计参数以及布置方案进行了优化设计.算例结果表明,优化设计方案通过合理设计分布浮力模块参数以及布置方案,减少了管道系统侧向屈曲长度,降低了整体的有效轴向载荷,使侧向屈曲位移得到了较好的控制,为优化设计方法在海底管道工程中的应用提供了参考.

海底管道侧向屈曲分析

侧向屈曲是非埋设海底高温高压管道运行期间常见的失效形式。由高温和高压造成的管道轴向应力是导致管道侧向屈曲的主要原因。本文对管道侧向屈曲进行了数学解析分析，并给出了管道在实际运行状态下发生侧向屈曲时常出现的四种模态的力学分析结果。对某工程项目的海底管道进行了侧向屈曲的数值计算以验证其工程可靠性。从理论和工程实践两方面分析比较了控制侧向屈曲的各种方法。初步探讨了深水高温高压管道的侧向屈曲控制方法。

梁侧向屈曲临界荷载分析

揭示梁侧倾分析中弯扭平衡方程的力学意义是梁截面内弯矩等于外弯矩及内扭矩等于外扭矩;提出采用梁截面力矩矢量分析法解决各种荷载类型和不同支承条件下侧向屈曲梁截面弯扭力矩的计算问题;采用伽辽金(Galerkin)法求解梁侧向屈曲平衡方程。研究结果表明:采用力矩矢量分析法可以方便地建立梁侧倾弯扭平衡方程;临界荷载计算值与传统的无穷级数解非常接近,且数值上稍低于无穷级数解,这说明采用伽辽金法进行梁抵抗侧向屈曲设计是偏于安全的。

含初始缺陷管中管侧向屈曲过程中的动态效应研究

随着海洋油气开采深度的逐渐增加,深海石油管道在高温高压运输过程中会存在整体热屈曲现象,而热屈曲的过程中可能会存在动力效应.管中管广泛应用于深海油气输送结构,但是相关整体屈曲试验及动力效应研究很少.本文以初始缺陷波长及幅值作为变参数,对含有初始缺陷的双层管道的试验方法进行了详细介绍,并通过3组试验,对整体热屈曲试验过程中产生的动力效应现象及原因进行了分析,发现初始缺陷波长对整体屈曲过程中的动态效应起到关键作用.基于此,采用ABAQUS隐士动力分析方法建立了双层管道整体屈曲有限元分析模型,并与试验结果进行了对比,验证了模型的准确性.进而分析了管道直径大小、初始缺陷长度以及管土作用对管道屈曲过程中动态效应的产生及影响变化规律,发现了各个因素与管道中点屈曲临界力、侧向弹出速度、侧向位移以及整体动能之间的关系,通过对比分析,找到了径厚比最佳临界点以及缺陷波长与管道长度比值的临界控制点,发现管土作用对整体屈曲动态效应有显著影响,并对产生机理进行了分析,研究成果对深海油气输送双层管道结构的设计及铺设有一定的指导意义.

海底管道分布浮力式侧向屈曲控制的多目标优化设计

基于弹性解析模型,提出了大尺度海底管道系统分布浮力式侧向屈曲控制的多目标优化设计策略,以满足管道系统侧向屈曲控制的不同性能要求.采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法),对某分布浮力式海底管道浮力模块的设计参数及布置位置进行了优化设计,使侧向屈曲的位移和轴力控制达到最佳.算例结果表明,浮力模块的数量并不能对管道侧向屈曲的控制效果产生绝对的影响,通过多目标优化设计方法得到的Pareto最优集,可以为设计人员在海底管道侧向屈曲控制设计中兼顾多个性能需求以及选择更理性的设计方案提供参考.

简支蜂窝梁侧向屈曲的工程应用研究

蜂窝梁是具有强度高、重量轻、美观、环保、便于穿设管线、良好的经济效益等优点的一种新型钢构件。鉴于以上优点,这种构件已逐渐被应用于许多民用建筑物中,特别是在装配式住宅中的应用越来越多。由于蜂窝构件的应用越来越广泛,所以对于蜂窝构件的研究也越来越重要。本文对简支蜂窝梁的侧向屈曲进行了初步研究,可为工程相关应用提供参考。

狭长矩形简支梁一端受力偶作用时的侧向屈曲临界载荷

狭长矩形梁的侧向屈曲是工程设计中要考虑的重要问题 ,文中讨论了两种狭长矩形截面简支梁在一端受集中力偶作用时发生侧向屈曲的问题。从理论上推导了其临界载荷计算公式 ,同时给出了用能量法计算其临界屈曲载荷的表达式 ,并给出了其近似解 ,两者结果吻合很好。该公式可供工程设计人员使用。

木质工字梁侧向屈曲的判别及其应用意义

对静载状态下的木质工字梁(IJ)侧向稳定性的试验、计算和分析结果表明:IJ虽然有超前侧向屈曲,但总体上仍然服从均质工字梁侧向屈曲理论的基本规律,均质工字梁的经典计算方法仍然可以较为准确地预测IJ的侧向屈曲临界荷载。同时表明:用弯矩来判别IJ的侧向稳定性比用整梁强度更具科学性和实用性,运用以弯矩和侧向稳定系数为关键指标的侧向稳定判别式可以准确判断IJ的侧向稳定性,为此建议我国相关标准考虑对木质梁侧向稳定性计算公式的修订,并加强我国适应性侧向稳定系数及其各项修正系数的基础研究。

计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化影响的船体板架加强筋侧向屈曲

作为薄壁杆件,船体加筋板架中的加强筋在轴向压力的作用下可能发生绕定轴的侧向屈曲。本文采用了Faulkner残余应力模型和经验公式计算附连板屈曲以后应力分布的变化。在用能量法求解加筋板的侧向屈曲弹性临界应力时,在广义特征值方程中计及残余应力和附连板屈曲后应力分布变化的影响。

分部浮力法控制海底裸置管道侧向屈曲数值模拟研究

分布浮力法是控制海底高温高压油气输送管道在预设位置发生侧向屈曲的一项重要技术。基于ABAQUS软件,使用隐式动力算法分析具有初始缺陷的海底裸置管道的侧向屈曲和后屈曲特性,探究管道长度、温度、初始几何缺陷与管道应力和屈曲变形幅值之间的关系。考察浮力单元及其参数对海底裸置管道侧向屈曲和后屈曲特性的影响。计算结果表明,不是任意浮力单元都能起到降低管道最大应力的作用,合理地选择浮力单元的长度和重力比十分重要。

非埋设海底管道弧线段侧向屈曲的处理方法

海底管道的设计及铺设方式需考虑管线运行后的侧向屈曲问题。本文以卡塔尔NFA项目为工程案例,对设计路由存在弧线段的非埋设海底管道侧向屈曲的处理方法予以浅析,得出较为优化的解决方案,为同类型海底管道铺设积累了宝贵经验。

工字形截面外伸梁的侧向屈曲

讨论了工字形截面外伸梁在自由端受中力作用时的侧向屈曲问题,从理论上推导了其侧向屈曲的临界载荷,并同时用能量法给出了近似计算公式.认为外伸梁可以分解为简支梁和悬臂梁,当其一部分发生屈曲时,临界载荷为两者中较小者;当整个梁发生屈曲时,临界载荷为两者中较大者.

集中力偶下工字型简支梁的侧向屈曲临界载荷

讨论了工字型简支梁在一端受集中力偶作用时的侧向屈曲问题,从理论上推导了其侧向屈曲的临界载荷,并同时用能量法给出了近似计算公式。

长输油气海底管线侧向屈曲蛇形铺设布置方法

长输油气海底管线在温度和内压的作用下,可能会发生多个侧向屈曲,因此有必要建立合理的控制方案,保证管道安全,控制项目投资。对于蛇形铺设方案而言,确定最大允许锚固点长度(VAS)和蛇形铺设间距及长度范围是优化布置的关键。根据理论结果,给出了VAS的初步估算方法。同时结合有限元直管和曲管模型分析,提出最优蛇形布置方案的确定方法。所述方法可为海底管线工程中侧向屈曲控制优化提供参考。