寒区输油管道基于应变设计的极限状态研究

寒区输油管线沿线地质环境复杂,滑坡、冻胀、融沉等自然灾害会导致管道形成大差异变形量.而差异变形量所引起的应力应变行为直接影响管道的安全服役性能,严重时会使管道破坏失效.基于寒区输油管道在实际服役工况下的受力变形条件,充分考虑冻胀效应、油压效应和热应力效应对输油管道的影响,分析了不同长度、壁厚、油压条件下轴向拉伸应变的分布规律及其影响因素.基于轴向应变设计理论准则,建立了上述条件下输油管道的极限服役状态,得到了对应状态下输油管道的许应最大极限冻胀变形量.结果分析表明,采用基于应力的设计准则偏保守,采用基于轴向应变的设计准则能更多的利用管材的变形性能.可为管道的合理设计、安全评价、完整性管理提供一定的理论参考.

以应变为基础的管道设计准则及其控制因素

多数现行的管道设计方法都是以应力为基础的,但它不能完全有效地解决管道强度设计的所有问题,特别是对于地面变形等位移载荷控制下的情形。从国内外管道设计标准和最新的研究进展出发,对处于极限状态的椭圆化、拉伸和压应变极限的现行基于应变的标准进行了对比,分析了管道应变极限的多种控制因素,明确了多种影响因素对于管道应变极限的控制。面对国际上对管道强度在特定载荷作用下基于应变的设计趋势和我国西气东输及其二线工程的大规模建设,提出了我国进行相关研究的必要性与迫切性。

FRP/塑料复合管道设计新方法——限定环向应变设计准则

根据FRP和塑料的不同技术性能特点,提出适用于FRP/塑料复合管道设计的限定环向应变设计准则。多年的工程实践表明,该设计方法简捷、可靠、实用性强,其安全系数取值更为准确、合理。

反应堆Ⅱ类瞬态工况燃料棒包壳应变分析研究

在新燃料设计中,为更好保证燃料棒完整性,以田湾核电站5、6号机组长燃料循环堆芯燃料管理为背景,采用自主研发的燃料性能分析程序FUPAC,模拟稳态及Ⅱ类瞬态条件下芯块-包壳的力学行为,并针对所需考虑的关键参数及模型进行研究,得到反应堆Ⅱ类瞬态下包壳应变的分析方法和理论模型。

埋地管道通过逆断层的有限元分析

埋地管道通过的逆断层是油气输送管道抗震设计中最困难的地段,这是因为在逆断层位移作用下管道压缩分量大,容易产生屈曲失效。鉴于此,以某逆断层作用下埋地管道为例,利用有限元软件ABAQUS进行了管土作用分析,并采用基于应变的准则进行管道校核。对于范围大、布置复杂的地段采用管单元,土壤采用弹簧单元来模拟,可以满足工程使用的精度要求。计算结果表明,该埋管发生了压缩塑性变形,但仍然处于安全状态。研究内容可为埋地管道设计提供参考。

稠油热采井套管柱应变设计方法

为解决稠油热采井不断出现的套管损坏现象,改变传统的管柱强度设计方法。基于弹塑性力学理论,在满足套管柱强度设计的基础上建立套管柱应变计算模型;通过对比套管材料应变与结构应变,借助Rambery-Osgood模型得到应变安全系数最小值,提出套管柱应变设计的理论判据,形成套管柱应变设计方法。结果表明,该设计方法在西部油田8口稠油热采井Φ177.8 mm×8.05 mm TG80H特殊螺纹套管柱设计中得到应用,生产4轮次后套管柱未出现变形和泄漏现象,经过14轮次后,套管服役性能依然良好,新热采井套管柱应变设计方法允许套管在可控范围内变形,可有效延长套管使用寿命,降低套损率。

管道拉伸应变极限确定方法

多数现行的管道设计方法都是以应力为基础的,但它不能完全有效解决管道设计的所有问题,特别是地面变形等位移载荷控制下的情形。从国内外管道设计标准和最新的研究进展出发,对处于极限状态的拉伸应变极限的标准进行了对比,并分析了管道拉应变极限的多种控制因素。同时,使用裂纹驱动力的理论,初步分析了拉应变极限估算方法,提出了基于应变的确定拉应变极限的基本方法。针对国际上对管道在特定载荷作用下基于应变的设计趋势和国内西气东输及其二线工程的大规模建设,提出了进行相关研究的必要性与迫切性。

基于应变设计管道用钢管技术标准的发展

为了提高管道抵抗地震、滑坡等地质灾害的能力,除了传统应力设计方法外,需要采用基于应变的设计方法,并采用具有抗大变形能力的大应变管线钢管。不同于一般的钢管,大应变管在显微组织特征和拉伸性能指标等方面与普通管线管存在很大差异,钢管的制造、检验和验收需要规定许多额外的技术指标。分析了大应变钢管的主要技术指标,介绍了大应变管线管的中国石油企业标准、中国石油行业标准以及API标准的主要内容,为管道的设计、研究、生产和采购提供技术指导。

BCCP结构设计计算方法与设计准则

为设计钢筋缠绕钢筒混凝土压力管(BCCP),参考PCCP规范,提出适用于BCCP的外荷载和截面内力计算方法。考虑保护层对整管截面刚度的贡献,通过不同荷载组合工况下截面应力应变线性分布的假设,给出BCCP中管芯、钢筒、钢筋和保护层的应力应变计算方法。设计时遵循工作极限状态、弹性极限状态和强度极限状态设计准则,提出各个极限状态具体的准则条件。选用实际工程中内径2000 mm的埋置式BCCP进行计算,结果表明该管型在各个荷载组合工况下计算的判断指标都比相应的设计准则要小,结构是安全的。

层合板的一种等强度优化设计方法

提出了一种按等强度设计的层合板优化方法。首先引入强度比的概念,推导了应变空间下的Tsai-Wu强度判据,建立了各单层的强度比方程;然后以各层厚度为设计变量,以各层强度比趋近于1为设计目标,分别采用等强度算法、智能算法和传统算法的混合算法两种方法开展优化设计。对一平面载荷作用下的对称层合板的优化结果表明:两种方法的优化结果较为一致,均增大了初始强度较大的层组厚度,减小了初始强度较小的层组厚度,优化结果符合等强度优化的力学原理。与智能算法和传统算法的混合算法相比,等强度算法拥有更高的收敛效率,优化后层合板的重量更小。