地表夯击载荷作用下埋地管道力学分析

为研究地基强夯作业中夯击载荷对埋地管道力学性能的影响,基于有限元原理建立了夯锤-管道-围土耦合三维模型,分析了夯击过程中管道截面变形及所受冲击力变化规律,研究了管道壁厚、夯击速度、夯锤体积对管道应力、应变及变形的影响规律。结果表明:夯击载荷下的管道所受冲击力为脉冲型,且随时间推移逐渐降低为0,最大冲击力随管道壁厚、夯击速度、夯锤体积增大而增大;管道最大等效应力、高应力范围及最大等效塑性应变随壁厚增加而减小,但随夯击速度或夯锤体积增大而增大;随着夯击速度、夯锤体积增大,管道截面变形率（椭圆度或凹陷率）逐渐增大,但其随壁厚增加而减小。     

井底冲击压力特性的研究

运用数值模拟的方法研究了单喷嘴射流撞击井底时产生的冲击压力及其分布规律。研究结果表明，井底最大冲击压力梯度所在的位置距撞击中心约０．１１４倍喷距处，井底最大冲击压力梯度和射流喷速成正比，和喷距成反比，本文绘出了其数学表达式。数值计算结果和室内实验数据吻合较为一致。     

基于IAHP的南海深水井喷快速应急技术优选

为支持深水井喷事故救援决策,有必要开展井喷快速应急技术优选。基于区间层次分析法(IAHP)构建了具有4个一级准则和12个二级准则的深水井喷快速应急技术优选模型。首先得到准则层优先级顺序,即在选用井喷应急技术时,一级准则依次考虑控油能力、作业实施速度、设计制造速度、恶劣环境适应能力等因素;二级准则依次考虑装置控油机理、设计速度、安装作业速度、水合物抑制能力等因子。最后面向南海深水井喷风险,根据优选模型与应急技术特征参数,得到方案层的8种应急技术优选顺序,给出的南海深水井喷控制方案可用于应急预案编制及事故现场应急处置。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

AERMOD模型中地表参数对大气污染物最大小时浓度的影响规律

针对不同高度污染源,研究地表参数对污染物最大小时浓度的影响规律。研究结果表明:(1)当粗糙度增加时,距低架源350 m外最大小时浓度先降低后增加;距中等高度源350 m外最大小时浓度先增加后降低;高架污染源最大小时浓度逐渐降低。(2)当反照率增加时,距低架源300 m外最大小时浓度保持不变;距中等高度源300 m外最大小时浓度先增大再减少最后保持不变;距高架源150~450 m最大小时浓度逐渐增加,其他范围内保持不变。(3)当波文比增加时,在邻近低中高度污染源区域,最大小时浓度逐渐减小,其他范围保持不变;高架源最大小时浓度保持不变。     

粉尘云浓度对HDPE粉尘云最低着火温度的影响

为准确评价高密度聚乙烯（HDPE）粉尘爆炸敏感性和开展有效的粉尘防爆工作,采用Godbert-Greenwald恒温炉标准实验装置研究了典型HDPE粉尘云最低着火温度的分布特性,着重探讨了粉尘云浓度对不同喷尘压力条件下HDPE粉尘云最低着火温度的影响规律。研究表明:测试条件下HDPE粉尘云最低着火温度的变化处于360~445 ℃范围,随粉尘云浓度的增加呈现先降低后升高的总体趋势,粉尘云浓度为1.111 kg/m3时出现拐点,且粉尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而降低。     

地下储库掘进爆破地表震动角度效应分析

为确定地下工程爆破掘进对地表建筑震动影响,采用TC-4850型爆破测振仪对地表周围建筑物进行实时监测。通过对振动速度监测数据与爆源距以及装药量之间的关系进行分析,研究地表振动特性及变化规律。研究结果表明:掌子面掘进前方地表振速监测数据进行拟合,相关性较好,而掘进后方则相关性较差;爆源距与掌子面在水平面投影夹角越小,监测数据相关性较强,而该夹角越大监测数据相关性较差;在掌子面后方,爆源距在水平面投影越是接近于垂直掌子面,地表振速越高,具有放大效应。     

环氧乙烷储罐泄漏扩散中毒模拟研究

为研究环氧乙烷在不同因素影响下扩散规律及其毒性影响范围,以某厂环氧乙烷储罐泄漏事故为背景,对环氧乙烷泄漏扩散规律进行模拟分析。运用FLUENT软件,模拟环氧乙烷随泄漏速率、自然风速和地面粗糙度变化时的动态扩散变化规律。模拟结果表明:1)泄漏速率越快,毒害范围越大,并且在一定条件下,泄漏速率每增加2.5 kg/s,特别严重毒害范围(灰区)最远距离会在下风向增加60~80 m,比较严重毒害范围(黑区)最远距离会在下风向增加20~40 m;2)自然风速越快,灰区范围会变得越来越小,但黑区的毒害范围会扩散得更大,当风速为8 m/s时达到最大值,风速超过8 m/s时,风速的增加反而会使黑区范围变小;3)地面粗糙度越大,对环氧乙烷扩散的阻碍作用越大,黑区范围变小,但地面粗糙度大于4 m后,其对扩散作用的影响与4 m时近乎一致。研究结果对环氧乙烷储罐泄漏事故的预防,应急疏散和救援具有重要的指导意义。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

井场作业人员应急疏散仿真研究

为了研究石油天然气开采作业过程中发生井喷或一氧化碳和硫化氢泄漏等突发事件时井场作业人员的应急疏散规律,以压裂作业为例,采用社会力模型,建立压裂井场模型,将压裂作业中压裂队、试油队和射孔队等作业人员按照常规工作区域分为5组,模拟了井喷失控时压裂井场作业人员撤离至应急集中区域的应急疏散过程。研究结果表明:仿真计算可以间接反映作业人员的真实疏散水平,可评估应急疏散效果;砂罐车附近的作业人员疏散用时最短,液灌附近的作业人员疏散用时最长,在通过狭窄区域时出现了拥堵现象。仿真计算结果可为井场设施摆放、临时房屋建设、应急集中区域选择等井场布置工作提供参考,可用于指导合理应急疏散方案的制订。     

自动抢接止回阀装置液压系统设计及仿真分析

利用井口自动化装置进行石油钻井过程中溢流、井喷时的关井作业是目前井控作业的热点。为了有效减少工作人员操作时间,保证装置的可靠性。提出了1种自动抢接止回阀装置,并将装置的控制系统设计成全液压系统。基于AMEsim对设计的液压系统进行建模以及模拟仿真分析,得到了执行元件（3个液压马达和1个伸缩液压缸）的输出特性曲线,然后与理论计算、设计及选型的执行元件的参数进行对比。研究结果表明:设计的液压回路可以确保自动抢接止回阀装置的整个工作过程正常、稳定的进行。设计的自动抢接止回阀装置的性能基本满足使用要求,具有一定的实用价值。     

南海某深水高温高压气井SS-15型井口头系统薄弱点安全评价

为应对深水高温高压气井生产过程中井口系统复杂性、井口抬升等对整个井口系统完整性的破坏情况,研究环空压力、上顶力、温度、产量对井口头系统薄弱点的影响。基于数值模拟方法建立井口系统有限元力学模型,分析在不同环空压力与上顶力条件下,井口系统各部件的应力大小变化情况,为井口系统薄弱点位置的确定提供理论依据,进而提出深水高温高压井井口系统完整性的管控图版及方法。研究结果表明：环空密封本体与套管挂、锁环与限位槽的接触部位是薄弱点;同一环空压力下,上顶力越大,套管挂等效应力与锁环变形量越大;当上顶力超过700 t时,不论环空压力是否存在,均达到井口系统薄弱点屈服强度。因此,深水高温高压油气井应制定合理生产制度或管理措施,研究结果对保障井口系统完整性,降低深水高温高压井生产阶段风险具有一定参考意义。     

深水隔水管系统安全作业窗口分析*

为分析深水隔水管系统在不同环境载荷下钻井平台允许的最大偏移量,确保整个钻井作业顺利完成并提高生产效率,建立隔水管-井口与土壤整体力学分析模型,提出1种以钻井平台向不同方向许可偏移距离确定安全作业窗口的分析方法,并结合实例分析表层海流速度及隔水管系统顶张力对隔水管系统安全作业窗口的影响。结果表明:当表层海流速度增大时,深水隔水管-井口与土壤整体系统安全作业窗口减小,不同模式间作业窗口的间距增大,且沿海流速度方向正常工作区间减小幅度远大于垂直海流速度方向,应尽早准备和启动隔水管系统底部脱离;当海流速度过大导致安全作业区间过小时,可通过提高隔水管系统的顶张力增大安全作业区间。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。     

基于神经网络的矮塔斜拉桥近断层地震响应参数敏感性分析*

为研究近断层地震动对矮塔斜拉桥地震响应参数敏感性的影响,提出基于BP神经网络配合有限元分析的参数敏感性分析方法（FBSA法）,以某铁路矮塔斜拉桥为研究对象,进行参数化有限元建模,运用BP神经网络计算近断层地震动作用下矮塔斜拉桥响应以及自振频率对各参数的敏感性系数,分析近断层脉冲地震动对地震响应敏感性的影响规律。研究结果表明:FBSA法可快速、精确地完成敏感性分析,为抗震设计与优化提供更全面的参考;矮塔斜拉桥几何布置和截面尺寸对振型刚度影响较大;近断层脉冲地震动作用下,桥梁位移和内力响应明显增大,各设计参数对桥塔位移、桥墩位移和内力以及主梁横向位移和弯矩的参数敏感性具有显著影响,对主塔内力和主梁竖向位移参数敏感性的影响不明显。     

基于DEMATEL/ISM的深水井喷风险影响因素研究*

为提高深水井喷事故风险管理水平，提出研究深水井喷风险影响因素的分析方法。从技术、人员、环境和管理4个方面，识别深水井喷事故风险致因因素，建立深水井喷事故风险评价指标体系；运用矩阵决策实验室分析法（DEMATEL），研究风险因素之间的相互影响关系，计算不同风险因素的中心度和原因度，确定关键风险因素；进一步基于解释结构模型（ISM）划分不同影响因素的层次结构，分析风险因素之间的综合影响关系，建立深水井喷事故风险影响因素模型。结果表明:层级1为近邻致因，可直接导致井喷事故的发生；层级2~7为过渡致因，在风险传递过程中起到桥梁作用，对井喷事故的直接影响较小；而层级8则为本质致因，重视本质致因的改善有利于从根源上降低井喷事故的风险。研究结果可为深水井喷事故风险的预防和控制提供理论依据。     

海洋平台圆柱体坠落运动轨迹及落点分析

传统的角度偏差经验值方法导致落物风险评价过程中的落点和危险区预测存在较大误差，科学化、立体化、完整化、多因素概化的落物轨迹和落点分析方法及工具缺位。为此，以海洋平台圆柱体落物为研究对象开展先导研究，在2D运动理论模型基础上，考虑3维、6度受力与运动参数，引入粘性拖曳力系数经验公式、海流运动、旋转升力和力矩项，建立了具有普适性的落物水下3D运动轨迹预测模型，并以现场实验数据校验表明模型方法可行、结果更可信；据此以Matlab 2016为程序设计平台编制了海洋平台圆柱体坠落运动预测分析工具（MREDP），分析了坠落运动落点分布规律。研究结果表明:随着初始倾斜角度的增大，落点偏移距离呈现先增后降的趋势，于62°时达到最大值，运动轨迹整体呈现螺线曲率减小、向轨迹曲线外开口侧偏移趋势；落点分布变化可分为Y轴偏移稳定主导阶段、X轴偏移实力型快速主导阶段和X轴偏移机会型主导阶段3个阶段；相对MREDP预测结果，DNVGL-RP-F107经验性角度偏差推荐结果较为保守，MREDP可为DNVGL-RP-F107提供更加准确、可信的轨迹曲线和落点取值。基于分析结果，提出了采用Monte Carlo方法表征实际工程中起始运动参数随机性和入水撞击产生的不确定性等建议。     

基于物理降温静态爆破防喷孔实验研究

为了解决静态爆破水化过程中因周围介质散热太慢导致的喷孔问题，基于物理降温原理，利用水比热容大、吸热能力强和钢质材料导热性能好的特点，吸收水化产生大量的热，研制一种静态爆破防喷孔装置，对静态爆破过程中破碎剂的温度和膨胀力进行测试。研究表明:未加防喷孔装置，破碎剂反应迅速，破碎剂的温度和膨胀力剧增，能量集聚，容易发生喷孔；加防喷孔装置，破碎剂水合温度增加缓慢，膨胀力增加稳定，且不影响最终膨胀力值，达到防喷孔的目的。     

不同冲击速度下硬煤的力学特性试验研究

为了研究硬煤破坏过程中的动态力学特性，采用Φ50 mm变截面分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，对45#钢制薄壁套筒施加环向约束的硬煤试件进行不同加载速率的冲击压缩试验，得到被动围压下轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线及最大被动围压和冲击速度的关系。研究结果表明:峰值应力、峰值应变随着冲击速度的增大而增大，最大被动围压值与冲击速度呈幂次增长的关系；被动围压下的硬煤试件变形受到限制，试件延性、抗压能力显著提高；随着冲击速度的增大，薄壁套筒对试件的约束也逐渐增大，达到峰值后，冲击速度对被动围压的影响减小，筒壁厚度影响着被动围压效果。