基于管道数字孪生技术的应力场研究

本文基于管道数字孪生技术,开展相关性分析与BP神经网络的管道应力场研究。首先在搭建了典型站场实体管道结构,开展载荷加载-应变监测试验,并建立仿真虚拟模型。根据仿真模拟结果进行相关性分析,以相关性分析结果为指导开展在线实时应变监测,实现物理实体与虚拟模型的数据链接。以应变-载荷加载反向建立BP神经网络模型,结果表明模型能够根据应变监测得到载荷加载值,模型决定系数R2=0.9983,载荷加载结果归一化均方根误差(NRMSE)结果为0.015,能满足工程实际需求。在地质灾害工程应用中,基于管道监测应力得到滑坡荷载,进行整场应力可视化,可视化结果与监测数据加权综合误差为8.92%。方法基于管道数字孪生技术,可以通过实体模型的在线监测,依据虚拟仿真模型,呈现管道应力场结果,为管道的力学安全评估提供一定参考和借鉴。

土体沉降对管道跨越结构水平管段应力场的影响分析

跨越结构是长输埋地管道建设中较为常见的结构,由于它的特殊结构,非常容易受到土体塌陷等地质灾害的影响。建立跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,研究了跨越结构水平管段应力场的变化规律。详细分析了跨越结构水平管段长度对水平管段应力场的影响;重点分析了当跨越结构水平管段的长度为20m时,水平管段内的最大应力随沿河土体沉降范围的变化情况。通过研究发现,土体沉降的范围与管道跨越结构水平管段的长度对管道跨越结构应力场的影响较大。

固定托架对管道跨越结构的安全性分析

沿河土体沉降对埋地管道跨越结构的影响较为严重,若要有效防止跨越结构的破坏,则需要采用有效的预防措施。建立管道跨越结构与土壤相互作用的有限元力学模型,分析了采用固定托架结构时管道跨越结构的应力变化情况。分析结果表明,当跨越结构受到土体沉降的影响时,固定托架可以有效地减小管道所受到的应力;固定托架的安装位置对降低管道跨越结构应力的影响较为突出。研究结果可为管道跨越结构的安全建设提供理论依据。