考虑初始椭圆度的套管抗载能力分析

针对套管的不同初始椭圆度建立了套管、水泥环、地层平面应变力学模型。分析认为,在非均匀地应力作用下,套管内壁的径向变形较大,抗载能力明显降低,破坏主要是由地下非均匀地应力引起的;随着初始椭圆度的增加,在地应力作用下套管各部位产生的应力分布不均程度增大,使得套管抗外载能力减弱。建议在生产和使用过程中应严格将套管椭圆度控制在规定的范围内,从而提高套管的抗载能力。

初始椭圆度对螺旋缠绕结构拉伸刚度的影响

为考虑初始椭圆度对螺旋缠绕结构拉伸刚度的影响,建立了一种新的基于椭圆柱面和螺旋带的分析模型,该模型在两者之间建立了一个新的几何关系,并考虑了在椭圆柱面上螺旋带的轴向应变和曲率变化以及柱面和螺旋层之间的接触压力。通过ABAQUS建立一个3D有限元模型验证了理论模型的合理性。在理论模型中,对初始椭圆度进行参数分析得到不同初始椭圆度对椭圆层拉伸刚度的影响,随着管道初始椭圆度的增加,螺旋层拉伸刚度有下降的趋势,但降幅很小。

含腐蚀及椭圆度缺陷管道的动态屈曲传播研究

通过建立有限元模型对海底管道的真实工况进行数值模拟,计算准静态条件下的管道压溃压力以及屈曲传播压力,并与管道全尺寸试验结果以及DNV-OS-F101规范中的计算结果进行对比,验证模型的准确性;在有限元模型中利用数据传递的方法将准静态条件下管道局部压溃的受力状态传递到动态模型中,并对管道在动态条件下的变形特点进行探究;研究管道腐蚀深度、初始椭圆度以及加载的传播压力对屈曲剖面长度、屈曲传播速度和反向椭圆度等管道动态屈曲传播特征值的影响。研究结果表明:在加载压力较小时,管道屈曲剖面长度随压力增大而减小;管道屈曲传播速度随着压力和初始缺陷的增大而加快;管道反向椭圆度的出现会阻碍屈曲沿管道轴线的传播,管道反向椭圆度随压力增大而增大。

基于塑性铰模型的煤层气完井筛管抗挤强度分析

根据煤层气完井筛管受力特点建立了筛管受力的塑性铰模型,利用能量法推导出带有初始椭圆度筛管抗挤强度的计算公式,分析了相位角、射孔直径、射孔密度、初始椭圆度、径厚比和屈服强度等影响因素对筛管抗挤强度的影响规律,并对某煤矿使用的筛管抗挤强度进行了计算,与已有的实验数据和有限元计算结果进行了对比。计算结果表明:筛管抗挤强度的塑性铰模型具有很高的计算精度和准确度,可以满足工程实际需要;筛管抗挤强度随着射孔相位角、径厚比和初始椭圆度的增加而降低,随着屈服强度的增加而增加,相位角和椭圆度对筛管抗挤强度影响比较显著;在射孔直径小于12mm、射孔密度小于120孔/m时,筛管抗挤强度随射孔直径和射孔密度增加变化不明显。建议在实际煤层气完井筛管设计过程中,采用小相位角,严格控制初始椭圆度,适当增加射孔直径和射孔密度,以达到提高筛管抗挤强度和增加过流面积的目的。

深海管道非线性屈曲理论计算方法

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。

基于能量平衡方法的套管抗挤规律分析

根据套管受到外挤载荷时的受力和变形特点,将套管变形分为弹性和塑性变形两个阶段,建立套管弹、塑性变形受力计算模型,利用能量平衡方程推导出套管抗挤强度计算公式,分析初始椭圆度、屈服强度和径厚比对套管抗挤强度的影响。通过对6根V140套管进行室内全尺寸试验和三维有限元数值模拟计算得到其抗挤毁强度,并与计算结果进行对比。结果表明:利用能量平衡方程推导的套管抗挤强度计算公式与试验、ISO/TR104002007(E)标准和有限元计算结果相比具有很高的精度,可以满足工程需求;初始椭圆度和径厚比越大,套管抗挤强度越小;屈服应力越大,套管抗挤强度越大。

非黏结柔性立管骨架层失效数值计算方法

计入骨架层铺设角度、初始椭圆度、材料非线性,对相邻表面分别采用黏结耦合、摩擦系数不为零的库伦摩擦和光滑摩擦3种接触条件,基于ABAQUS研究了一类非黏结柔性立管骨架层在均匀外压和对径压缩力下的失效特性.计算结果表明:骨架层相邻表面间接触条件对失效特性影响较大;铺设角度对骨架层失效特性的影响可忽略不计;计入初始椭圆度和材料非线性后,均匀外压下骨架层临界压溃值大幅降低,对径压缩力下径向位移大幅增大.文中数值方法可弥补理论方法无法计入上述因素对骨架层失效特性影响的缺陷.

基于深水海底管道压溃破坏的结构可靠性研究

针对深水海底管道压溃破坏失效特点,利用数值模拟和全比例压力试验相结合的方法,开展了深水海底管道结构屈曲压溃分析,在此基础上拟合出管道压溃破坏的结构承载力显式表达式,并以此构建安全裕度方程;采用国际推荐的JC法进行了深水海底管道结构可靠性指标计算,对不同初始椭圆度、轴向拉力、屈服极限和径厚比等随机分布参数进行了敏感性分析,研究了参数分布对深水海底管道可靠度的影响,为深水工程结构设计提供了参考和安全保障。

基于ABAQUS的海底管道静水压溃压力的敏感性分析

局部屈曲压溃是海底管道发生稳定性破坏的一种形式,随着管道的刚度相对越来越柔,厚度相对越来越薄,管道发生屈曲压溃的问题也越来越突出。运用ABAQUS有限元分析软件进行管道的非线性屈曲分析,确定不同径厚比、初始椭圆度、轴向拉力和弯矩作用下的管道静水压溃压力,以分析静水压溃压力对这些因素的敏感性。