冲击载荷作用下埋地长输管道动力响应研究

由于土体的离散性较大,所以从理论上求解埋地管道在冲击载荷作用下的动力响应比较困难,且目前国内外关于埋地长输管道的试验研究也比较缺乏。鉴于此,从试验测试和数值模拟两方面出发,通过制作土箱-管道缩尺模型,进行埋地管道的冲击载荷试验,分析了埋地管道振动加速度的传播规律和应力应变分布情况。研究结果表明:随着距振源距离的增加,管道竖向方向振动加速度逐渐减小;通过试验研究和有限元数值模拟,可以得到在冲击载荷作用下管道竖向方向的振动加速度沿水平方向传播的近似关系式;在冲击载荷作用下,随着冲击高度的增加,管道应变峰值逐渐增大,且管道中部区域应变峰值最大,管道上、下表面应变呈反对称,沿管道两端方向,管道应变峰值逐渐减小;冲击载荷作用下埋地管道动力响应的有限元模拟结果与试验结果很接近。研究结果可为复杂工况下埋地管道抗冲击设计规范的制订提供参考。

冲击载荷作用下埋地管道的破坏形态研究

为了解不同参数条件下埋地管道的破坏形态,利用有限元软件ABAQUS建立的数值模型进行了仿真计算,分析了不同管径的钢制管道塑性区域分布、管道峰值应力与变形情况,考察了不同壁厚与埋深条件下管道的冲击响应和破坏形态。研究结果表明:相同冲击作用下,随着管径增大,管道的破坏形态由弯曲破坏转变为局部屈曲破坏;在一定范围随着管径增大,管道的应力峰值下降,当到达临界值时,峰值应力会增大;壁厚对管道的破坏形态影响较大,随着管道壁厚增大,管道的峰值应力减小,局部变形减小,整体弯曲变形增大;随着管道埋深增加,管道的破坏形态发生改变且局部变形减小。在实际工程中,可以通过管道的壁厚、埋深和管径来综合调控管道在冲击作用下的破坏形态。研究结果可为埋地管道的设计和维护提供参考依据。

基于振动台模型试验的高落差埋地管道地震响应研究

为研究高落差埋地管道的地震响应,进行了高落差埋地管道振动台模型试验和有限元数值模拟,探讨管道径厚比、管道倾角、地震波入射角、地震动峰值加速度和管道埋深对高落差埋地管道地震响应的影响规律。试验结果与数值模拟结果符合较好。研究结果表明,在入射角0°的地震波作用下,高落差埋地管道轴向应变峰值随着管道径厚比的增大而增大;在一定管道倾角范围内,管道轴向应变峰值随着管道倾角α的增大而增大;当地震波入射角度从0°变化到60°时,管道上下表面的轴向应变减小,侧面的轴向应变增大;管道应变随着地震动峰值加速度和管道埋深的增加而增大;相同地震作用下,管道最大轴向应变出现在下弯管1/3处附近。

基于ANSYS的断层安全性评价方法及应用--以苏北盆地东台坳陷白驹含水层储气库为例

含水层储气库利用多孔介质储层储蓄天然气,选址的地理范围较广,不依赖于大型盐矿或者衰竭油气藏,对我国天然气战略具有重大意义。含水层储气库通过天然断层封堵天然气、固井技术实现周期性注采,达到调节季节性峰值的目的,受注采压力变化的影响,运行过程断层容易开启或破裂,导致天然气泄漏。因此,含水层储气库断层安全性评价至关重要,而常见的断层评价和数值模拟方法没有涉及到多孔介质储层,对其膨胀机理研究尚浅,不适合用于含水构造的断层安全性评价。基于含水层储气库的基本特征,借助ANSYS有限元模拟和静态力学分析总结出一套完整的断层安全性评价方法。以苏北盆地东台坳陷大丰—兴化探区白驹储气地质体为例,构建出地层—断层的3D实体模型,根据初始应力平衡分析和断层岩石样本的轴压实验论证模型的有效性,通过位移约束法模拟不同运行压力条件下目标断层的应力状态,预测运行压力的极限值为29.50 MPa,超过该值断层可能发生拉张破坏。

悬空长输管道地震反应模拟分析

为研究悬空长输管道在地震载荷作用下的动力响应,利用大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。综合分析了地震载荷作用下悬空管道的应力状况和变形特征,同时考察了悬空长度、土壤参数和管径大小以及管壁厚度等参数对悬空管道动力响应的影响。研究结果表明:管道壁厚、悬空长度、土壤参数和管径大小都会对埋地管道的地震反应产生较大影响,其中管径的影响最大;在一定的管径范围内,随着管径的增大,峰值应力及峰值位移会逐渐减小,当到达临界值后,峰值应力会随管径增大而增大。研究成果为悬空长输管道的设计、安全维护及科学管理提供了参考依据。

不同断层对埋地管道受力性能的影响

为了研究埋地管道在不同形式断层作用下的受力性能,自制了土箱试验装置,借此装置模拟断层的错动,测量得到埋地管道在断层错动作用下的应变分布和整体变形特点,分析了管道轴向应变和竖向位移随断层错动量变化的特征,探究了断层错动量、管道埋深、管径、断层倾角等参数对埋地管道力学性能的影响规律,采用FEM有限元方法进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比。结果表明:在该试验的参数范围内,随着断层错动量和管道埋深的增加,管道轴向应变增大;管径较大的管道,抵抗变形的能力较强;当断层倾角小于90°时,管道轴向峰值拉应变大于峰值压应变,此时管道以受拉为主;当断层倾角大于90°时,管道轴向峰值拉应变小于峰值压应变,此时管道以受压为主;对于走滑断层,管道轴向应变近似呈中心对称分布,两侧变形趋于一致。逆断层对于管道应变的影响最大,正断层其次,走滑断层对于管道应变的影响最小。(图17,表3,参21)

跨断层埋管力学行为的多参数模拟分析

为研究断层错动对埋地管道的影响,采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,建立三维管土相互作用的非线性有限元模型,分析断层位移、管径、壁厚、断层及场地类型等参数对管道受力与变形的影响.研究结果表明,管道主要的破坏形态为受拉破坏;断层位移较大时,管道在逆断层作用下的应变反应要大于在正断层作用下的应变反应;场地类型对管道受力与变形有较大影响;增加管道的壁厚能够明显减小管道的拉伸应变峰值,有利于增强管道的抗力性能;断层位移较小时,采用小口径管道能够减轻管道破坏.