蛇形铺设管道触发水平向整体屈曲效果研究

海底管道在深海石油开发工程中有着广泛的应用,管道在工作时受到高温高压会触发水平向整体屈曲变形,蛇形铺管法是控制管道水平向整体屈曲变形的有效手段。采用数值模拟方法,对蛇形铺设管道的关键参数进行研究,分析关键参数对临界屈曲荷载和屈曲后截面应力应变状态的影响。对每一组蛇形铺设管道都设置了直线型铺设管道的对照组,对照组采用引入初始挠曲的方法激发水平向整体屈曲,初始挠曲程度与蛇形铺设管道相同。通过与直线型铺设管道的对比,显示了蛇形铺设管道在激发和控制屈曲方面的优势,并对不同土体阻力情况下蛇形铺设管道的实际效果进行了评估。结果表明,蛇形铺设管道的临界屈曲力和屈曲后的弯矩皆远小于直线型管道。蛇形铺设管道的临界屈曲力随圆心角θ增大而减小,随曲率半径R的增大而增大。增大跨度L、曲率半径R和圆心角θ都能有效减小蛇形铺设管道的截面弯矩。水平向土体阻力对蛇形铺设管道影响较大,水平向土体阻力较小时,蛇形铺设管道控制屈曲的效果更为明显。     

浮力装置触发深海管道水平向整体屈曲效果的数值模拟研究

海洋油气资源的运输主要通过海底管道进行,管道在工作时受到较大的温度荷载,会产生整体屈曲变形。深海管道设计中常采用人为装置触发一定程度的水平向整体屈曲变形,来释放轴向的温度应力,浮力装置是常用的触发方式之一。本文通过数值模拟研究,分析了不同浮力大小和不同浮力施加范围下,管道水平向整体屈曲的临界屈曲力,得出临界屈曲力随浮力大小和施加范围变化的情况;并研究了不同土体阻力下,浮力装置触发整体屈曲的效果。研究表明,水平向土体阻力较大时,浮力装置触发水平向整体屈曲的效果较好。浮力装置的触发效果对轴向土体阻力不敏感。     

多孔功能梯度管柱的热-流-固耦合屈曲特性

为了探究功能梯度管柱其热-流-固耦合屈曲特性对稳定性的影响,本文基于Euler-Bernoulli梁理论,研究了多孔功能梯度管柱的热-流-固耦合屈曲特性。分析中采用含孔隙度的Voigt混合模型描述多孔功能梯度管柱的材料属性。基于Hamilton变分原理,获得了多孔功能梯度管柱在热-流-固耦合作用下的非线性动力学控制方程及相应的边界条件。讨论了材料非均匀参数、孔隙度、内流流速、温度和轴向张力等参数对屈曲特性的影响。结果表明：随着孔隙度体积分数的增大,管道的等效弹性模量减小,但是屈曲临界温度、临界流速反而有所增加、而对于幂律指数,其对临界值的影响刚好与孔隙度体积分数相反。     

钢悬链线立管触地段的结构循环应变响应实验研究

基于量纲分析理论,建立了钢悬链线立管(SCR)触地段的结构循环应变响应的相似准则。设计SCR立管触地段与土体相互作用装置,实验研究了典型工况下触地段床面形状变化对结构应变响应的影响。实验结果表明:水流载荷可使立管触地段下方土体局部冲刷的范围增大,立管结构应变幅值也相应增大;随着管土循环拍击作用和局部冲刷变形的发展,钢悬链线立管触地段的循环应变幅值逐渐增大并趋于稳定值;在立管脱离床面的瞬间,可观测到立管上缘拉应变突增的现象。拉应变突增幅度随着床面变形的发展逐渐增大,进而导致循环应变幅值的增加。     

考虑初始嵌入深度变异性的海底管道整体侧向屈曲分析

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分,在高温高压运行状态下易发生整体屈曲,开裂破坏后造成油气泄露。海床土体对管道的侧向抗力是影响其屈曲的关键因素,而管道侧向抗力发挥与初始嵌入深度密切相关。构建了海底管道整体屈曲数值模型,对初始嵌入深度等因素进行不确定性分析,揭示了初始嵌入深度变异性对管道屈曲的影响机制。研究发现：当初始嵌入深度越大、初始缺陷越小时,管道临界屈曲轴力越大,屈曲位移越小;管道嵌入深度变异性的存在会导致管道更易屈曲,并诱发不对称的三阶屈曲或更高阶屈曲;管道嵌入深度在空间上的变异性对屈曲发生概率P（p＜pdet）存在影响,而相关性的改变对管道屈曲影响较小;管道存在屈曲模式转变界限升温,当屈曲升温大于界限升温时,管道发生跳跃型屈曲,反之则发生分岔型屈曲。     

刚性连接双层海底管道高温侧向屈曲分析方法研究

以惠州25-3/1双层海底管道为例,提出高温荷载下刚性连接双层海底管道的侧向屈曲分析方法,并研究该类管道的侧向屈曲特性.将解析分析与有限元技术相结合,在提出刚性连接双层海底管道屈曲分析方法的同时,发展了Hobbs公式的应用范围,使其成为屈曲分析有限元建模指导工具.以分析不稳定平衡问题的改进Riks方法被证明为高温海底管道屈曲分析的有效算法,得到的弧长-载荷比例因子曲线能够充分地描述双层管道的屈曲失稳过程.惠州管道的分析结果表明,刚性连接双层海底管道的整体热稳定性较高,在海床上一般不容易发生侧向屈曲,但热荷载作用下内管的后屈曲将有可能引发较高的应力集中,对此需要充分校核;另外环空间隙的减小有利于提高内管的临界屈曲载荷,从而提升管道的整体性能.     

浮式平台横荡运动对水下柔性立管涡激振动的影响

由于深水浮式平台的运动幅度较固定式平台增大,其运动与下部立管的动力耦合变得更加明显。研究了上部平台运动对水下立管涡激振动的影响,基于有限元数值模拟,建立了与结构运动耦合的立管尾迹流场的涡激升力、流体阻力模型,进行了"平台运动-立管涡激振动"整体系统的动响应数值模拟,分析了平台横荡运动的幅值、频率等因素对水下立管涡激振动的影响。结果表明,上部平台的振动会在沿着立管展向传播的过程中被放大(称为响应放大);与不考虑平台运动相比,立管的动响应位移增大了多倍,而且振幅放大倍数随着模态阶数的降低而增大;平台横荡振幅越大,立管振动幅值也越大,但是振幅放大倍数的变化不明显。     

管道热屈曲动力过程数值模拟

运输高温高压油气的海底管道会发生整体热屈曲现象。管道热屈曲过程中可能会产生平衡状态的跃迁(snapthrough),且这样的跃迁过程必然会伴随着动力响应。管道热屈曲动力过程中侧向弹出的速度以及轴向缩进的速度对管土相互作用参数的取值有很大影响,然而关于管道热屈曲动力过程的研究却很少。本文给出了数值模拟过程中管道系统阻尼值和升温速率的确定方法,研究了管道初始几何缺陷以及海床参数对管道热屈曲动力过程的影响。     

深海管道轴向定向移动消减方案研究

为解决不埋深海管道在温压荷载循环作用下，轴向移动量不断累积的问题，采用数值模拟方法，在论证了钢悬链线立管（steel catenary riser，SCR）张力相比于其他因素对管道轴向移动影响更为显著的基础上，针对一端受到SCR张力作用的短管，分析了不同轴向移动消减方案的作用特点。研究表明，对管道进行锚固能有效约束其轴向移动，且在中部锚固需要的锚固力及管道内产生的有效轴向力均较小；滑动基础可通过释放一定的管道位移量来减少管中的应力累积。因此将中部锚固与端部滑动相结合可优化锚固系统，使锚固力进一步下降54%，管中最大有效轴向压力减小33%，从而最有效地消减轴向移动。     

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析是海洋管道设计的重要技术之一。在管道隆起屈曲分析中实现管土作用和内外管相互作用的准确模拟一直是工程应用追求的目标,也是其中的难点。利用管土作用单元和管中管单元等技术,建立了海底埋设双层管管道隆起屈曲分析有限元模型。该模型不但考虑了管道初始形状、压力、温差载荷、管道材料非线性等常规因素,还考虑了非线性管土作用和内外管相互接触作用,并能对管道屈曲前和屈曲后全程进行模拟。应用该模型,计算了一条高温高压埋设双层管管道隆起屈曲过程中的应力等。算例表明该模型有较好收敛性,能对一般海底高温高压埋设双层管管道隆起屈曲进行准确模拟。     

地震条件下海底双层油气管线的工作理论、强度标准和损伤评价

我国渤海湾是地震多发地区 ,该地区的海底输油管线随时都面临地震的威胁。地震成为渤海输油管线必要的设计条件 ,地震载荷是在役管线安全风险评估必须包括的环境载荷。本文综述了国内外在管线抗震设计及相关研究、双层油气管线的工作理论、强度标准与损伤评判等方面的研究工作 ,对我国制定地震条件下海底管线的评估计算方法、管线的抗震设计准则以及地震灾害的防治与风险分析具有一定的参考价值     

埕岛油田海底管线拖管技术

介绍了埕岛油田海底管线的陆地发送技术,对拖管施工工艺进行了计算和受力分析,结合实际,采用多种拖管方法完善了适应滩海和极浅海海域海管铺设工艺。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的弯曲和振动特性

利用细长梁小挠度理论,研究给出了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨段管道和埋设段管道在自重作用下的变形和内力公式。基于静挠度公式,用能量法给出了第一阶弯曲振动的固有频率公式。讨论了不同土壤刚度条件下悬跨段管道的变形和内力特征,以及第一阶弯曲振动固有频率,并和工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁的静动态特性进行比较。研究表明在跨度大、土壤刚度大、管道弯曲刚度较小时无量纲土壤刚度系数较大,埋设段管道对悬跨段管道的刚度约束比较大,悬跨段管道可以近似按两端固支梁模型来模拟;反之,只有在土壤刚度系数较小的几个参数点上,悬跨管道的静动力特性等价于简支梁模型。     

初始几何缺陷对UOE焊管屈曲压溃影响研究

UOE焊管经过一系列成型工艺可以得到高质量的成型结果,但管道截面仍存在一定初始几何缺陷,这将对管道性能产生明显影响。通过试验测定X65钢在循环载荷下的力学性能,并利用有限元分析软件对UOE焊管成型全过程进行模拟,分析主要成型参数对管道屈曲压溃压力的影响。分别采用有限元模拟和试验测量方法确定管道截面初始几何缺陷分布情况,并采用余弦函数形式拟合几何缺陷。结果表明,扩径阶段芯轴数目将对缺陷形式产生影响,且实际厚壁UOE管道几何缺陷形式更接近梨形而非椭圆形。评估厚壁UOE管道性能时,近似认为截面形式为椭圆形可能发生过于保守的问题。     

Behavior of Vertical Pressure Imposed on the Bottom of a Trench

A series of model tests were performed to investigate the behavior of vertical pressure imposed on the bottom of a trench. The tests were conducted in two phases to generate soil arching due to soil deformation: (1) the backfilling phase and (2) the lowering-bottom phase. First, the backfilling phase was performed by filling sand into the trench, in which soil deformation was developed due to selfcompaction by the weight of the sand. The lowering-bottom phase was then conducted by lowering the bottom plate of the trench to induce additional soil deformation. The behavior of the vertical pressure acting on the bottom of the trench during the backfilling phase can simulate that of the vertical pressure imposed on the bottom of buried rigid pipes. The behaviors of buried flexible pipes could be observed during the lowering-bottom phase, in which both the minimum and the maximum vertical pressures could be obtained according to the induced soil deformation. A novel method for predicting the vertical pressures in each phase was proposed. The agreements between the predictions by the proposed method and the experimental results were demonstrated.     

码头钢管桩潮差段聚乙烯防腐层

本文介绍了码头钢管桩潮差段底漆、底胶、聚乙烯包覆三层防腐结构的施工工艺及防腐材料的性能指标并简要介绍了防腐钢管桩的使用情况。     

Design and Strength Analysis of A Spherical Connector for Lifting Subsystem in Deep Sea Mining System

1 .IntroductionThe lifting systemis composed of pipes andtheir connectors .It is not onlythe lifting channel formanganese nodule betweenthe miningship andintermediate bin,but alsothe supporting massfor deepsea miningequipment and cables .Sothe reliability…     

The effects of drag reduction by ribbons attached to cylindrical pipes

This study proposes a drag reduction device that uses three ribbons attached 120 degree apart to vertical pipes. Experiments were conducted in a circulating water channel to investigate the effects of the ribbon length and the direction of the flow on various current velocities. Drag on a vertical cylinder was measured by a resistance dynamometer. Flow visualizations were conducted using laser sheet beams. Laser Doppler Velocimetry (LDV) was used to measure the velocity field in the wake. This experiment demonstrates that attached ribbons can be used to reduce the drag force on vertical pipes for various directions of incoming flows. The ribbon-type device is very simple and easy to fabricate for field applications. The results are promising for the application to offshore structures.     

含环向表面裂纹管道功率流特性与裂纹识别

研究在外力激励下含有环向表面裂纹损伤的壳式管道的波传播与功率流特性,并给出裂纹识别方法。管道的振动用Flügge方程来描述,通过将裂纹模拟为分布的线性弹簧,运用断裂力学理论,得到裂纹区域的局部柔度矩阵,从而建立外力作用处以及裂纹两侧区域的位移和内力的连续性条件对裂纹管道的功率流进行求解。讨论功率流特性与裂纹位置和管道特性等参数的关系,最后给出了裂纹识别的方法。