横向穿越滑坡段埋地管道应变响应特性研究*

为准确描述横向滑坡作用下管道非线性响应特征,采用非线性自适应网格技术建立横向穿越滑坡段埋地管道三维有限元模型,利用非线性接触模型表征管土之间、滑坡体与非滑坡体之间的相互作用,探究滑坡位移、埋深及壁厚对管道应变响应特性的影响规律。研究结果表明:随着滑坡位移增大,滑坡体与非滑坡体交界区域和管道位移最大区域两侧管道应变显著增大,易发生失效;结合应变失效判定准则分析,管道不发生失效的最大滑坡位移、最小管道壁厚及最大埋深,在本文算例中分别是0.36 m、9.50 mm、0.97 m。因此管道经过滑坡区时,可适当增大壁厚、减小埋深;滑坡发生后,应重点关注滑坡体与非滑坡体交界区域及管道位移最大区域两侧的变形情况。研究结果可为穿越横向滑坡管道的设计及安全运营提供一定参考。     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

地面爆炸载荷下埋地管道动力响应分析

为研究地面爆炸载荷作用下埋地管道的动力响应问题,建立了爆炸载荷下的埋地管道数值计算模型,对地面爆炸后埋地管道的应力、变形过程进行了仿真,并研究了炸药量、管道壁厚和管顶覆土厚度对管道应力应变的影响规律。结果表明:地面爆炸发生后,管道应力和变形在短时间内迅速增大,较短作用时间后开始稳定,随后主要往轴向扩展,高应力区和塑性应变区出现在管道上半部分,管道回弹前高应力区局部出现应力衰减;越靠近迎爆点,管道应力波动越大;炸药量越大、管顶覆土厚度越小,埋地管道截面的应力波动越大;炸药量越大、管道壁厚和管顶覆土厚度越小,埋地管道变形越大。     

基于数理统计和文本挖掘的埋地钢制燃气管道失效分析

近年来燃气管道事故频发,严重威胁周边人民群众生命财产安全。为准确认识埋地钢制燃气管道失效特征及致因,针对性开展风险管控,以某管道燃气公司2018—2021年共计1 338条埋地钢制燃气管道失效记录为分析蓝本,采用数理统计方法分析失效总体趋势及管道敷设位置、压力等级、外防腐层类型、失效原因、管龄对应的失效特征;采用文本挖掘技术共计提取26项埋地钢制燃气管道潜在失效致因,通过词云可视化方式分析高频失效致因;构建失效致因共现网络探索不同致因之间的耦合关系,并根据特征向量中心性辨识主要失效致因。结果表明：中压庭院管道是风险管理的重点;腐蚀失效频次与管龄总体呈正相关,且从第4 a开始失效频次快速增长,在第19 a左右达到峰值;土壤腐蚀、防腐层破损、杂散电流、未安装阴极保护系统、管道服役年限较长、管体缺陷、防腐层老化和敷设环境发生变化是埋地钢制燃气管道失效主要致因,是风险管控的关键点。     

挖掘载荷下燃气PE管道损伤分析

为分析第三方挖掘施工下燃气聚乙烯(PE)管道的损伤状况,借助ABAQUS有限元软件研究挖掘载荷作用下燃气PE管道的动力响应与力学特征。建立管道、土体与管-土接触模型,其中管道模型采用Prony级数进行模拟分析;确定PE管道强度、应变和变形失效准则;从挖掘载荷直接作用与未直接作用于管道2方面进行数值模拟。研究结果表明,挖掘载荷作用下,PE管道最易达到强度失效极限;载荷直接作用于管道时,管道的应力集中现象明显,而未直接作用于管道时,载荷主要影响管道的变形;载荷直接作用下,PE管道的安全运行受到严重威胁,而有覆土保护时,载荷对管道失效的影响较小。     

横向滑坡下埋地管道力学响应规律及神经网络预测研究

为研究横向滑坡作用下埋地管道的力学响应,采用自主搭建的埋地管道滑坡试验装置开展不同滑坡范围下的横向滑坡埋地管道力学特性试验,并建立工程尺度的埋地管道滑坡模型,通过改变相关参数开展数值模拟。研究结果表明：大范围横向滑坡下,管道最大应力位于管道中部附近,随滑坡范围增加,管道最大应力位置逐渐远离管道中部;通过BP神经网络预测模型得到横向滑坡下埋地管道最大位移、最大轴向拉应变和最大轴向压应变。研究结果可为快速评估横向滑坡下埋地管道安全提供指导。     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.     

基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究

针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为,利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型,分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应;基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式,验证了所建耦合模型的可靠性,并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域,最大响应特征值（应力、位移与振速）位于缺陷中心处,随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧;相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度,缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大;在本研究的条件下,建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m,且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑,为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。     

堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

基于子集模拟的埋地管道失效概率评估

对失效概率的评估是管道系统风险评价的核心内容,针对目前对埋地管道失效概率问题研究的不足,采用子集模拟方法（SS）建立埋地管道失效概率的定量评估模型以及参数敏感度模型,并对随机变量进行敏感分析。研究结果表明:子集模拟能利用少量样本定量计算出管道失效概率,有效弥补了管道结构可靠性模型中的不足;在管道运行中期,工作压力、腐蚀速率、管道壁厚和屈服强度是对管道失效概率影响较大的4个因素,而腐蚀因素在管道运行后期成为对系统失效概率影响最大的因素。     

埋地燃气PE管道在地面沉降作用下的应力分析

为了研究在地面沉降作用下PE燃气管道的受力特性及失效原因,借助ANSYS软件,探究了在地面沉降作用下PE100、管径DN110、e=10的燃气PE管道的应力-应变响应情况,分析了管道失效影响因素以及失效原因,并得出管道的失效危险点、管道极限沉降位移及极限截面变化率。结果表明：在地面沉降作用下管道的失效危险点出现在沉降区与非沉降区交接处的管道内表面;且在地面沉降作用下,管道产生的压缩变形是导致管道失效的主要原因,管道弯曲变形的存在会使管道的压缩变形更加严重。这为防治埋地燃气聚乙烯管道在地面沉降作用下的管道安全评估提供理论参考。     

第三方挖掘作用下PE燃气管道失效行为研究

针对挖掘破坏导致的城镇燃气管道失效,开展了挖掘作用下管道力学失效机理分析。考虑管土接触作用,建立了城镇燃气PE管道在挖掘齿作用下的三维力学响应分析模型,分析了典型工况下管道的失效过程,讨论了基于应力准则与基于应变准则等2种失效准则的适用性,并开展了影响因素分析。结果表明:机械齿作用下管道主要失效位置为机械齿与管道接触位置两端;采用基于应变的失效准则可以更好地利用PE管材的塑性性能;机械齿的作用位置对管道力学响应影响较小;管径和壁厚的增大能减小管道内的应力,同时能够减小管道的截面椭圆度;内压的改变对管道的力学响应几乎没有影响。以上结果可为城镇燃气管道的力学失效分析与安全评价提供一定的参考。     

基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用

城市埋地燃气管道一旦失效会产生泄漏,甚至引发火灾爆炸等事故,造成人员伤亡和财产损失等严重后果,影响社会稳定,因此其安全运行十分重要。由于城市地下环境的复杂性,使得埋地燃气管道失效的因素多种多样,且具有模糊性;由于城市地面状况各异,所以构成失效后果的因素也具有不确定性。文章以某市在役燃气管道为例,使用模糊数学语言表达了埋地燃气管道的失效可能性和失效后果,采用模糊综合评价模型对燃气管道的失效可能性和失效后果进行了评价,并以美国石油协会(API)风险矩阵表征了埋地燃气管道的风险等级,得到不同管道单元的风险级别和管道单元数,根据不同的风险等级采取不同的策略或措施,完善管道的完整性管理,降低管道的使用风险,确保城市燃气管网的正常安全运行。     

聚乙烯燃气管道的全面检验

由于聚乙烯管道材质的特殊性,其损伤机理和失效模式与钢质管道有很大的不同,寻找一种有效的埋地PE管道检验方法是大家关心的问题。本文通过聚乙烯燃气管道全面检验的实践,在常规检验项目的基础上,介绍了新的资料审查方法和开挖割样的原则,提出了通过割样检验来评估埋地PE管道材质性能变化情况及原始焊口安装质量的观点;最后,针对最不利条件下的组合载荷,介绍了管壁截面稳定性校核的方法。这些方法及建议,对同行有一定的参考和借鉴意义。     

在用燃气管道中含缺陷斜接弯管安全性分析

随着埋地管道服役龄期的增加,埋地时间的增长,管道内外腐蚀、外力的作用以及环境等各种因素的影响,原有的埋地管道缺陷与存在的问题将逐渐显露出来,埋地管道的安全状况逐渐发生变化。燃气埋地管道因防腐层破损或防腐措施失效,管道腐蚀引起泄漏酿成事故的情况时有发生。因此,在对城市埋地燃气管道开展必要的检验检测的基础上,采用有限元及风险评估方法对埋地管道进行安全性分析与评定,以确保城市埋地燃气管道的安全、经济、有效的运行显得十分必要。现针对某城市燃气公司工作人员在对一条公称直径400mm的城区埋地燃气输送主管道进行巡线检查…     

基于ABAQUS的穿越公路输气管道力学性状分析北大核心CSCD

为研究穿越公路埋地天然气管道在车辆载荷下的力学性状,运用ABAQUS有限元软件建立了输气管道-覆盖土壤的三维接触模型,模拟了不同管径、管道壁厚、管道内压、管道埋深以及交通载荷工况下,管道的应力应变情况,得到了不同变量条件下埋地天然气管道的应力应变规律。研究结果表明:交通载荷下输气管道穿越公路时,从经济性考虑,其埋深应控制在2m范围内;结合管道内压,对不同超载程度下重载车辆对埋地管道的力学性能影响进行分析,从安全性考虑,管道宜采用套管敷设穿越形式。所得结论可为输气管道穿越公路段的设计提供参考。     

基于ABAQUS的穿越公路输气管道力学性状分析

为研究穿越公路埋地天然气管道在车辆载荷下的力学性状,运用ABAQUS有限元软件建立了输气管道-覆盖土壤的三维接触模型,模拟了不同管径、管道壁厚、管道内压、管道埋深以及交通载荷工况下,管道的应力应变情况,得到了不同变量条件下埋地天然气管道的应力应变规律。研究结果表明:交通载荷下输气管道穿越公路时,从经济性考虑,其埋深应控制在2m范围内;结合管道内压,对不同超载程度下重载车辆对埋地管道的力学性能影响进行分析,从安全性考虑,管道宜采用套管敷设穿越形式。所得结论可为输气管道穿越公路段的设计提供参考。     

喷射火环境下石化管廊管道失效特征试验研究

为探究喷射火灾下石化管廊管道热力学响应特征,依据流体力学相似理论搭建缩比试验平台,开展石化管廊管道热力学响应试验研究.通过分析火灾中管道热力学响应特征及事故多米诺演化特征,探讨各因素对管道升温和失效的影响程度,并结合强度理论建立管道失效时间定量计算模型.研究结果表明:火灾功率是管道失效的主导因素,随着火灾功率的增大,管...     

埋地PE燃气管道地质沉降破坏数值分析

为研究地质沉降过程中埋地聚乙烯(PE)燃气管的破坏历程,基于PE管材的拉伸力学试验,拟合出改良的Sherwood本构模型方程,得到基于应变率的PE管材失效预测模型;利用Abaqus软件对不同沉降阶段和不同坡度下的PE管道力学响应情况进行仿真研究。结果表明:四阶Sherwood本构模型能表达并预测PE管道力学响应,土体沉降错位量和土体沉降深度对管道的应力、应变分布特征和椭圆度有直接影响。     

滚石冲击作用下埋地高压输气管道的可靠性分析

地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力,建立强度应力的安全裕度方程。然后利用LS-DYNA有限元软件,建立滚石冲击管道模型,计算不同条件下埋地输气管道的最大应力Sm,确定Sm的分布规律。最后,根据应力和强度的分布求得管道可靠度指标和失效概率。本研究提供的方法和结论对埋地输气管道的风险评估、管道的设计及施工具有重要的参考价值。