基于损伤指数矩阵对层状管道结构损伤识别的有限元模拟

为研究基于损伤指数对层状管道结构损伤程度识别的可行性,创造性地采用小波包分解方法,以损伤指数为参数,分别研究损伤径向深度与损伤指数的关系和多种轴向位置损伤对损伤指数的影响。使用有限元分析软件ABAQUS,建立在同一轴向位置且多种径向损伤深度的层状管道结构模型,对压电元件位置提取的压电传感信号进行5层小波包分解,计算损伤指数值,将其组成损伤指数矩阵。针对同一轴向损伤位置,结合多种损伤程度组成损伤指数矩阵,分析损伤径向深度与损伤指数的关系并建立拟合曲线。随后改变损伤轴向位置且径向损伤深度同样递增,建立有限元模型,并获得相应的损伤指数拟合曲线。结果表明:在同一损伤轴向位置处,损伤指数拟合曲线都随着损伤径向深度的增加而呈现出先减后增的变化趋势;当改变损伤轴向位置时,损伤与信号接收位置轴向距离的增加使损伤指数的变化幅度减缓,但不改变曲线的总体趋势。研究结果表明:针对传感信号采用小波包分解方法,获得的损伤径向深度与损伤指数的拟合曲线可用于层状管道结构损伤程度的识别,并且该损伤程度识别方法受与信号接收位置轴向距离的限制较小,为快速诊断层状管道结构损伤程度提供了有效的有限元分析方法。

层状管道结构频散曲线绘制及试验验证

目的推导层状管道结构中超声导波的频散方程,利用频散方程绘制其频散曲线,并通过试验来验证频散曲线的正确性.方法基于Navier波动方程并根据边界条件建立了层状管道结构的频散方程.从理论上分析了层状管道结构中三种模态超声导波的传播特性.根据推导出超声导波的频散方程,通过数值方法绘制出了超声导波在层状管道结构中的频散曲线.对超声导波的频散曲线和位移特点进行了分析,并选出适合激励的超声导波频率.构建与数值计算层状管道模型相同的试验系统并进行试验研究,利用试验验证了所建立的频散曲线的正确性.完成了层状管道结构纵向波动试验,激励频率在1～9 k Hz,对试验结果与理论值进行对比和误差分析.结果L（0,1）在管道结构中传播速度与理论值最大误差值为1.5%,可以发现两者相似度较高.结论笔者所绘制的频散曲线能够较为理想的反映出超声导波在层状管道中传播的真实情况,这对实际检测中激发信号的频率和模态的选择具有重要意义.

土层结构对油气管线工程地震动峰值加速度区划图的影响研究

油气管线工程是生命线工程的重要组成部分，工程跨度通常超越几十甚至几千公里，从而导致横穿地区覆盖层中土层结构存在明显差异，对地震动峰值加速度（PGA）产生较大影响，进而影响区划结果。本文采用分区拟合放大系数的方法，对华北平原地区某大型管线进行研究，给出研究区不同土层结构条件下场地放大系数KS-基岩PGA拟合函数结果，得到沿线附近10 km范围内的PGA区划图结果，并与第四代和第五代中国地震动参数区划图提出的场地系数公式的计算结果进行比较。三种计算方法的结果表明，研究区内50年超越概率10％条件下实际场地放大系数为1．30～1．45，50年超越概率5％条件下实际场地放大系数为1．15～1．30，均高于我国第四代和第五代区划图对场地系数的建议值。50年超越概率10％下的PGA区划图结果显示，局部区域在第四代和第五代地震动参数区划图场地系数的结果中位于0．15g 或0．20g 区，由于KS 的提高，其实际计算结果会提升为0．20g或0．25g分区，这说明场地系数对峰值加速度区划图结果具有较大影响。

利用压电导波层状管道结构的损伤识别

目的绘制层状管道结构导波的频散曲线,提出一种利用压电超声导波层状管道结构损伤识别方法.方法利用Navier方程及边界条件建立频散方程并进行数值求解,分别绘制出空管和充液两种情况下的导波频散曲线.为了验证理论分析结果,利用压电导波试验方法,对一个长2 m的层状空管和层状充液管道中的人工周向缺陷进行识别.结果导波的频散和衰减程度较弱的L(0,1)模态适合于层状充液管道中的损伤识别.随着导波频率的增加,频散效应逐渐增加,损伤识别能力也逐渐下降.对于充液管道,导波能量会通过液体中传播,降低损伤识别的精度.结论在对层状充液管道进行损伤识别时,应根据频散、衰减和导波结构等传播特性选取合适的纵向模态.利用压电导波进行层状管道结构损伤识别是十分有效的.

超声导波在损伤层状管道结构的传播性质研究

目的使用有限元分析软件ABAQUS建立损伤层状管道结构模型,研究压电超声导波在管道结构的传播性质.方法层状管道结构有限元模型能够克服外包层阻碍导致的压电元件只能设置在管道结构两端的问题,在结构的任意位置和任意节点都能提取传感信号进行分析和研究.以波形图和信号传播速度、端部反射率和能量衰减系数为研究参数,从三个方面分析超声导波在层状管道结构的传播性质及损伤程度对传感信号的影响.结果建立以管道结构轴向长度为自变量、分别以端部反射率和能量衰减系数为因变量的拟合公式并绘制拟合曲线,自变量与因变量均呈线性关系.结论损伤程度越严重、提取传感信号位置距离激励位移越远,波形图混叠越严重,端部反射率越小、能量衰减越严重.

超声导波在层状管道结构传播性质的有限元模拟及验证

目的使用有限元分析软件ABAQUS建立层状管道结构模型,克服试验中不能在任意位置设置传感器的弊端,不破坏外包层的前提下实现对结构层的损伤识别和健康监测.方法利用有限元模型能对管道结构任意位置和任意节点的信号进行提取和分析的优势,分析压电超声导波的轴向传播机理.然后制定同等条件的试验室模型,建立试验系统,验证有限元分析的准确性.随后采用试验方法定量分析外包层对结构层的影响.结果试验结果与有限元模型的端部反射波波形图相符合,在非频散区间,试验信号和有限元模拟信号的群速度误差较小.结论有限元模型能够准确地模拟压电超声导波在层状管道结构的传播性质,量化外包层影响后,为后续损伤识别研究奠定了基础.

解决3层PE管道现场补口问题势在必行

从3层PE管道现场补口暴露出来的大量问题,提出对现行管道防腐蚀质量表示担忧;认为GB/T 23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐蚀层技术标准》要求不严格也是导致补口质量下降的一个原因。本文根据现场条件,介绍了一种较好的防腐蚀材料,该材料具有施工工艺简便的特点。结合现场应用实例,希望能进一步提高管道的防腐蚀水平。

海底单层保温管管端聚脲防水结构密封性能研究及工程应用

海底单层保温管管端的防护系统是最薄弱的环节,管端防水密封结构的优劣,是关系到海底管道安全运行的关键。文章采用喷涂聚脲弹性体(SPUA)对管端进行防水密封,通过材料性能试验、耐静水压密封试验,证明该结构可以满足单层保温管防水密封的要求,并成功地在锦州JZ21-1海底管道修复项目中进行了应用。

蒸汽管道保温优化设计研究

建立蒸汽管道双层保温结构导热与散热模型,并在此基础上建立了以最经济性为优化目标的双层保温结构的优化模型。根据选定的保温层材料和与之相关的给定的计算参数,利用优化软件进行求解。将双层保温结构(SiO_(2)气凝胶和岩棉)的优化结果与单层保温结构(分别为SiO_(2)气凝胶和岩棉)的优化结果进行了对比,得到双层保温结构在成本上具有更大的优势的结论。根据优化结果得到了蒸汽管道的双层优化保温结构。

西气东输二线用管材性能分析数据管理系统的设计与实现

针对西气东输二线工程用管材性能数据管理现状,开发了一套用于管材性能试验数据统计分析的数据管理系统。该系统采用两级三层C/S模式,利用Oracle 10g及VC++建立性能数据库系统,将驻厂性能试验数据网络传输并统一存储到服务器,以交互式查询及直观形象的图表形式进行统计分析,从而实现数据管理、文件传输、标准技术条件管理、统计分析与图形显示、报告生成等功能。该系统的开发对管材整体质量的统计分析评价、质量控制和持续改进具有重要作用。

油气输送管道用大直径双层埋弧焊管

随着油气管道输送量和压力的不断升高,钢管管径和壁厚不断增大,管线钢材料的钢级和韧性不断提高,传统单层埋弧焊管的制造难度和成本不断加大。受双金属复合管结构和多层超高压容器的启示,设计了一种大直径双层埋弧焊管,拟从结构上提高钢管的承压能力,从而提高管道的输送能力。分析表明,双层埋弧焊管作为一种新型的管道钢管有许多结构特点,但是要在油气管道中应用还有诸多技术问题需要解决。

基于超声导波埋地层状管道结构健康监测

本文以超声导波在层状管道结构传播规律研究为基础,对基于超声导波在埋地层状管道结构健康监测进行研究。首先,以Navier-Stokes方程为基础,结合势函数中和一个附加的位移场方程,引入具有渐进性的Hankel函数,联立边界条件,建立频散方程。研究频散方程的数值解,绘制频散曲线。根据频散曲线性质选择用于监测的导波模态和频率,建立试验系统。由于超声导波在埋地层状管道结构中传播是能量逐渐衰减的过程,采用能量法能够对结构中能量消散有更清晰的认识,以能量密度为参量,对理论和试验进行验证,结果表明,一定频段和模态的超声导波对浅层埋地层状管道结构健康监测能够清晰实现。

海底滑坡作用下滩海管道结构安全分析

海底滑坡作为常见的海洋地质灾害,对海洋油气工程安全产生巨大威胁。海床土体失稳引起滑坡体滑动,会对海底管道产生拖曳作用。基于计算流体动力学方法(CFD)建立海底滑坡体对管道作用的评估模型,采用H-B模型描述块状滑坡体并与试验比较验证,分析不同海床倾斜度滑坡对管道的作用并拟合表达式;研究了海底管道在滑坡作用下的力学响应,并采用极限状态方法开展海底滑坡作用下管道结构极限安全分析,探讨了管道埋地状态时的极限安全界限,建立滑坡作用下管道结构安全分析方法。研究表明:滑坡对管道作用力与海床倾角呈现正相关,而覆土层厚度对作用力影响较小;随着不排水抗剪强度的减小,允许的滑坡宽度和速度均增加,表明土体不排水抗剪强度与引起的拖曳力呈正相关;滑坡土体宽度对极限安全速度影响较大。

基于能量密度法的超声导波层状管道结构损伤检测

目的根据超声导波在管道结构径向能量密度分布,选择导波最佳模态和频率,提出一种基于能量密度的超声导波层状管道结构损伤检测方法.方法根据能量密度表达式,采用数值分析软件Matlab绘制频厚积-能量密度曲线,并将能量密度曲线与频散曲线相对比,验证其有效性.结果频厚积范围2 160~3 240 kHz·mm,L(0,6)模态适合作为层状管道结构的损伤检测的超声导波,其具有清晰的缺陷回波和边界反射回波,而且能量密度曲线与频散曲线趋势一致.结论基于能量密度法能够实现不同目的超声导波层状管道结构损伤检测,且效果良好.

层状管道结构损伤识别的数值模拟和试验验证

目的根据超声导波在无损和损伤层状管道结构传播特性和损伤指数,建立一种层状管道结构损伤识别算法,并提出损伤指数与破坏等级的关系,实现层状管道结构损伤识别.方法利用有限元方法建立不同损伤程度层状管道结构模型,分析超声导波传播特性差异,计算损伤指数,并进行试验验证.结果根据结构损伤指数与损伤程度的关系,将层状管道结构分为5个破坏等级,明确提出结构从完好到破坏的程度,当损伤指数大于0.3时,建议更换层状管道结构.结论结构的损伤指数与损伤程度密切相关,所提出的损伤识别算法是有效的,所建议更换层状管道结构的损伤指数范围具有可行性,有利于工程应用.

热煨弯管单层FBE外缠聚乙烯复合带防腐技术

热煨弯管形状特殊,适用于地形起伏相对较大、道路状况较差区域的天然气管道敷设施工,但其在运输过程中易受到磕碰撞击,因此,要求热煨弯管应具有良好的防腐、耐磨和抗冲击性能。为此,对目前国内外常用的热煨弯管防腐形式在现场应用的效果、防腐性能等方面进行了对比分析,针对热煨弯管因运输、现场布管等多种原因容易造成防腐层损坏,增加了现场补伤工作量、降低了防腐性能的问题,提出了新的防腐结构:热煨弯管单层FBE外缠聚乙烯复合带,即将单层FBE防腐结构和聚乙烯复合带防腐结构这两种防腐形式相结合,以提高防腐层的抗冲击能力和耐磨性。具体做法:热煨弯管喷砂除锈后聚乙烯复合带防腐结构中的静电喷涂环氧粉末厚度由150μm提高到400μm,形成单层FBE防腐层;再在作业线上由缠绕机缠绕聚乙烯复合带形成防护层,从而提高热煨弯管最终的整体防腐质量。现场应用效果表明,该新型防腐结构的剥离强度高、抗冲击性能好,能满足长途运输及施工现场恶劣环境的要求。

多屏绝热辐射管道数值模拟分析

通过对直埋蒸汽管道内部空气层的数值模拟,得出当空气层厚度大于10 mm时应考虑对流传热影响并修正空气导热系数的结论。应用修正后的空气导热系数模拟计算不同结构蒸汽管道的温度场及外护钢管温度,分析屏蔽反射层的种类、数量,空气层厚度等条件变化对供热管道工作时温度场的影响。

海底管道配重层补口结构研究

高密度开孔聚氨酯泡沫广泛应用于海底管道配重层接头部位的填充,其熟化时间影响着海底管道施工效率。从化学反应的角度出发,分析了影响聚氨酯泡沫塑料熟化时间的因素,设计了三种配重层补口填充结构,测试了不同时间、不同施工工艺对其抗压强度的影响。实验结果表明减少聚氨酯泡沫用量、采用水喷淋降温强化散热有助于缩短聚氨酯泡沫的熟化时间,每种补口填充结构结合相应的施工工艺都可有效缩短聚氨酯泡沫的熟化时间,加速聚氨酯泡沫塑料强度增长,提高海上施工效率。

钢制管道三层聚乙烯结构的防腐质量控制策略

三层聚乙烯结构钢制管道比较常用,做好防腐质量控制可以延长其使用寿命。本文主要针对钢制管道(三层聚乙烯结构),提出了防腐质量控制策略。

多层保温结构直埋蒸汽管道保温层厚度计算

结合工程实例,采用控制外护钢管外表面温度法,对多层保温结构直埋蒸汽管道保温层厚度计算方法进行探讨。