海洋平台复杂节点阴极保护电位分布的有限元法计算

了解阴极保护电位分布是合理设计阴极保护工程的必要条件和评价阴极保护效果的重要依据。本文应用有限元素法(FEM)计算海洋平台复杂节点表面的阴极保护电位分布。在实验室通过边界条件试验建立数学模型,计算海水中被保护的I,Y,K型复杂节点电位分布情况。计算结果与测量结果吻合得很好,说明FEM能够应用于海洋平台复杂节点阴极保护电位分布的计算,所获得的边界条件合理。     

引水工程复杂水流的二、三维嵌套数值模拟

建立宽浅河道与管道水流的二、三维嵌套的数学模型,对基本的控制方程、方程的数值离散格式和求解方法、嵌套连接和初始边界条件等问题进行研究.利用上述方法对某工程实例进行计算,在宽广水域上给出了水力要素的平面分布,在复杂边界强三维流动的计算区域得到其三维运动特性.计算结果与实验资料进行了比较,两者吻合较好,说明嵌套连接的二、三维数学模型是解决某些实际工程问题的一种可靠的和有效的工具.     

海水中A3钢样阴极保护电化学场的二维有限元计算

有限元法已被证明是计算阴极保护场中电位、电流密度分布的有效方法。作者建立了二维的有限元数学模型,并讨论了模型中电化学场的非线性边界条件的处理和非线性方程组的迭代法解法。用构建的模型对简单的阴极保护模拟体系进行了分析,得出了较合理的结果。     

MATLAB在海底管线阴极保护电场计算中的应用

海洋钢结构阴极保护电场的数值模拟仿真和计算是当前海洋腐蚀、阴极保护研究和工程实践中一个重要的研究方向。研究海底管线的腐蚀状态就必须准确测定管线表面的电位分布,而实际测量中深海管线表面电位分布难以直接测量。构建了海水中钢管线的阴极保护数学模型,采用以边界元法为基础的数值计算方法,利用Matlab开发了均匀电解质中电位分布的计算软件,实测中通过对腐蚀电场海水区域环境电场的测量,就可实现不接触测量管线表面电位的目的。最后通过海洋实测验证了计算结果的可靠性,证明了基于Matlab的数值仿真计算引入阴极保护设计中是行之有效的。     

基于跨航道抛锚作业的海底管道埋深研究

抛锚作业给跨航道海底管道带来的安全风险问题越来越引起人们的关注。为了加强海底管道防冲击能力、保障管道的安全运营,针对抛锚冲击作用下的管道埋深进行研究。通过建立小尺寸抛锚冲击管道实验平台,获得了冲击荷载作用下抛锚高度、管道埋深、堆石材质等参量对管道响应的影响。并基于正交实验原理,综合分析了不同参量对管道响应的敏感性。利用有限元法对抛锚冲击管道的过程进行瞬态动力分析,进一步研究了堆石材料力学特性对管道埋深的影响。结果表明:在冲击荷载作用下,堆石层的材料特性对冲击能量的耗散起着重要作用。通过将数值分析结果与实验数据作对比,并结合DNV规范中的能量计算方法,提出了抛锚冲击荷载作用下管道最小埋深的计算方法。研究成果为海底管道的安全铺设提供一定的理论指导。     

基于AHP法和灰色模式识别理论的海底管道系统路由定量风险评估

根据海底管道路由潜在风险的特点及风险类型,提出了一种将层次分析法（AHP法）和灰色模式识别理论相结合的海底管道系统路由定量风险评估方法,该方法利用AHP确定风险评价指标体系,运用灰色模式识别理论,建立识别结果标准,并结合实际工程进行计算,计算结果表明该方法是可行的.     

铺设过程中海底管道的非线性分析

本文运用弹性杆理论建立了铺设过程中海底管道的综合相容的力学模型。该模型考虑了由于管道的大挠度变形引起的几何非线性和由于流体动载荷引的的载荷非线性的影响,考虑了随管道变形而变化的边界条件。介绍了差分法在求解该非线性模型中的应用,并对如何模拟边界条件提出了一整套方法。本数值方法的结果与已有的直接积分法计算结果比较,二者吻合较好。     

应用切割单元法对海底管道局部冲刷数值模拟

采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数值模型。海底管道从搁置在底床上到冲刷悬空的过程中,管道周围的空间产生了拓扑变化,这给采用贴体网格并在计算过程中进行网格重构的传统方法带来了很大困难,而采用切割单元法,把物体轮廓从静止的背景直角坐标结构化网格中切割出去,计算过程中不需要传统意义的网格重构过程。数值模型预测的海底管道周围局部冲刷结果与Mao的物理模型实验实测结果及Liang和Cheng等的数值模拟结果符合较好,验证了模型的准确性。     

海洋管道浮拖过程力学分析

管道施工质量直接关系到海底管道能否长久地安全运行,施工期间各种环境载荷对管道施工质量影响较大,因此,对海洋管道进行应力计算和分析是确保管道施工质量的不可缺少的重要手段。从海洋管道漂浮拖运过程中的受力极限情况入手,应用五弯矩方程,建立管道在拖运过程中的力学分析模型,并开发相应的计算程序,经实例验证,计算结果满足实际应用要求。     

基于遗传算法的BP神经网络对海底管道受撞击损伤预测

人类频繁的海洋活动中难免发生重物落水事故,对海底管道造成撞击损伤,引起环境污染及经济损失。为保证管道在运行期间的安全性,有必要准确快速的对管道损伤进行预测以便为实际工程提供参考。BP神经网络常作为损伤预测的一种数学模型,但本身易陷入局部极小且预测精度较低。针对上述问题,本文提出了基于遗传算法的BP神经网络(GA-BP神经网络)损伤预测模型。利用有限元计算数据构成样本空间,对管道损伤进行预测,并将结果与BP神经网络、有限元计算的结果进行对比。分析表明:与BP神经网络相比,GA-BP神经网络的预测结果与有限元计算的结果较为接近,预测精度较高,其平均误差为1.27%,满足工程精度要求的同时又节省了计算时间。     

海底管线表面压力分布的理论分析

为了获取海底管线表面压力变化特征,基于固体边界层基本方程,利用摄动方法推导了管线表面压力分布解析式,并利用物理模型试验数据对理论公式进行了检验。经对公式系数做出适当调整,压力系数的计算公式能反映出边界层分离点前后的分布规律。     

基于OLGA的海底管道水合物的生成和影响因素分析

海底管道是海洋油气输送的重要纽带。为解决海底管道面临的水合物生成和堵塞问题,文章结合海底多相流管道水合物生成的数学模型,采用OLGA对海底管道不同含水率、气油比和流量下水合物的生成情况进行数值模拟。研究结果表明：在某海底管道的工艺参数条件下,水合物生成风险随着含水率和流量的增大而降低,随着气油比的增大而增加;海底水平管路和立管都有可能生成水合物,尤其立管常是水合物最大生成量的位置;模拟结果可为海底管道水合物的防治和保障海底管道的安全运行提供参考。     

粉沙海床管道在联锁排防护下的冲刷试验研究

采用当地海床的天然粉沙进行试验床面的设计,对海底管道在实际海床受到的极限波浪和最大水流作用进行试验,在管道上方铺设混凝土联锁排,对联锁排块体稳定性和其对管道防护的有效性进行研究。通过物理模型试验,研究了在极限波浪和最大水流作用下,管道在粉沙床面最大冲刷深度。通过不同水深中波流条件下研究了混凝土联锁排防护效果及其周围床面的冲刷变化,观测了联锁排的稳定性。试验结果表明:按半经验半理论简化公式得出的联锁排厚度能满足稳定性的要求,比水利部规范计算的联锁排厚度偏大的公式更加适合应用,试验期间混凝土联锁排的排面稳定,能有效保护管道,在该防护下管道没有冲刷,只在联锁排上下游与床面接触的来流段和尾端有冲刷,但该冲刷深度不影响联锁排整体的稳定性。     

Experimental Study on Free Spanning Submarine Pipeline Under Dynamic Excitation

Seismic load has a significant effect on the response of a free spanning submarine pipeline when the pipeline is con-structed in a seismically active region. The model experiment is performed on an underwater shaking tahle to simulate the response of submarine pipelines under dynamic input. In consideration of the effects of the terrestrial and submarine pipeline , water depth, support condition, distance from seabed, empty and full pipeline, and span on dynamic response, 120 groups of experiments are conducted. Affecting factors are analyzed and conclusions are drawn for reference. For the con-trol of dynamic response, the span of a submarine pipeline is by far more important than the other factors. Meanwhile, the rosponse difference between a submarine pipeline under sine excitation and that under random excitation exists in ex-periments.     

海泥环境中阴极保护的边界元计算

根据阴极保护的特点,建立了用于数值计算的模型;采用边界元方法对海泥介质中的阴极保护系统进行了计算,获得了海泥中钢管表面以及海泥介质内部的电位分布。将计算的结果与测量的数据进行比较,两者具有较好的一致性。     

海底管道受坠物锚击损伤试验与数值模拟研究

为探索海底管道在锚击作用下的损伤规律,通过海底管道损伤试验和数值模拟,研究了坠物质量、坠落高度和坠物形状对海底管道机械损伤的影响,并结合试验结果修正了Ellinas-Wallker公式。研究结果表明:管道的凹陷损伤随坠物质量和坠落高度的增大而变大;在相同质量的立方体、球体和模型锚三种形状坠物作用下,球体坠物对管道的损伤最严重;EllinasWallker公式计算结果偏于保守,修正后计算结果与试验和数值模拟结果吻合良好。研究结果可以为海底管道的工程设计及应用提供一定的参考。     

海底山脊作用下内孤立波破碎研究

基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程.实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同.实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流...