海底悬跨管道表面双裂纹数值分析

为了研究海底油气管道多个裂纹间相互作用对管道产生的影响,针对海底悬跨管道表面双裂纹的相互作用,采用有限元方法建立双环向表面裂纹模型,采用围道积分法求解双裂纹下的应力强度因子,研究了不同边界条件下,不同尺寸裂纹间的相互影响规律,并对比了单裂纹下应力强度因子的变化情况。研究结果表明:不同尺寸的裂纹对双裂纹的相互影响规律有一定影响,且双裂纹应力强度因子最大值均出现在裂纹最深点处;弹簧边界下双裂纹相互影响规律与简单边界下相互影响规律明显不同;不同边界条件对悬跨管道双裂纹应力强度因子的影响较大。研究结果可为海底悬跨管道的失效分析提供参考依据。     

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。     

CNG2气瓶爆破机理分析与自紧压力优化设计

针对CNG2气瓶频繁出现安全事故,以及相关国家标准尚未给出设计公式、计算方法和如何确定自紧压力的现状,分析讨论了CNG2气瓶的失效模式及机理,并考虑内胆材料的非线性和几何大变形,建立了三维非线性有限元分析模型,对内胆和复合层应力分布进行机理分析,提出以尽可能降低内胆在工作压力下的Von-Mises应力幅值为判据可以确定CNG2气瓶的最佳自紧压力。     

含环向裂纹管道三通的塑性失效载荷

采用弹塑性有限元方法，系统分析了内压载荷下含环向裂纹管道三通的塑性失效载荷。探讨了管道三通塑性失效有限元分析中的建模技术，包括变形参量选取，网格收敛性研究等。给出了塑性失效载荷随裂纹尺寸变化的规律，以及不同裂纹位置(包括肩部和腹部)对三通塑性失效载荷的影响。最后根据有限元数值解建立了简单的塑性失效载荷估算式，研究结果可为下一步含缺陷管件完整性评定提供参考数据。     

少载荷级数下桥式起重机桥架疲劳安全寿命研究

提出了一种针对少载荷级数作用下的桥式起重机桥架裂纹萌生寿命计算的新数值模拟方法。该方法利用ANSYS软件中的生死单元模拟吊重起升和小车运行,得到桥架在3级载荷作用下的瞬态应力响应,将应力数据集导入到疲劳软件FE-SAFE中,根据多轴局部应力应变算法,基于Morrow平均应力修正下的Brown Miller损伤模型,对32t/A6桥式起重机桥架进行疲劳分析。计算结果表明,桥架疲劳寿命满足使用要求,疲劳失效主要发生在端梁腹板的拐角处。     

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.     

腐蚀管道寿命可靠性的步降应力加速试验研究

为保障油气管道安全运营,需研究腐蚀管道寿命的可靠性。首先基于管道失效机理,采用步降应力加速寿命试验(SDSALT)方法,获得不同温度下腐蚀率样本;其次利用加速因子和逆幂律加速方程建立数据折算模型,将腐蚀率样本转换为应力作用失效时间并截尾抽样后作为输入,求得含未知参数的准样本;然后通过准样本估计Weibull分布的3个参数,进而得到以温度和时间为自变量的管道可靠性函数;最后以H_2S/CO_2环境中运营的N80管道为例,验证所建腐蚀管道寿命预测方法的可靠性。结果表明,该方法大幅缩短试验时间,对管道寿命预测准确,并分析出管道可靠性的降低速度随温度和时间的增加先增大后减小,可应用于管道的适用性评价。     

第三方挖掘作用下管道可靠性评估研究

为研究第三方损坏中挖掘作用对管道可靠性的定量影响,阐述了第三方挖掘作用下管道失效模式与失效机理,确定了管道第三方挖掘作用下的2个极限状态:穿孔失效和凹陷—划伤失效,提出了1种综合考虑管道运行及管理条件,建立了管道第三方挖掘极限状态方程求解其失效概率的模型。以某长输天然气管道为例,基于蒙特卡洛模拟计算了研究管段的失效概率值,并进行了参数的敏感性分析。结果表明,该方法能够定量描述第三方挖掘对管道可靠性的影响程度,评估结果便于管理者制定相应的维修维护策略。     

含缺陷主蒸汽管道的失效可能性分析

将单轴蠕变试验、紧凑试样试验得到的材料常数视为随机变量,考虑高温主蒸汽管道运行压力的波动规律,通过对处于高温条件下裂纹萌生和扩展的深入研究,提出电厂高温蒸汽管道失效可能性数学模型,通过Monte carlo方法计算得到初始裂纹检测结果的失效概率.给出了失效概率计算的应用实例,验证了此方法的适用性,为含缺陷高温主蒸汽管道失效可能性评估提供参考.     

时变可靠性在海底油气管道失效概率中的应用研究

为提高海底油气管道风险管理能力,针对传统管道风险分析大多采用静态时不变可靠性方法的缺点,提出基于动态时变可靠性的腐蚀海底油气管道分析思路,建立了考虑时间因素的腐蚀管道失效概率模型。根据"首次穿越率"概念建立腐蚀管道穿越模型,借助随机过程理论和敏感性分析构建代表腐蚀海底油气管道结构抗力的剩余强度模型和识别影响管道可靠性的关键因素,给出了时变视角下对比附加载荷的在役管道失效概率计算方法。结果表明,随着时间推移,腐蚀速率对管道失效概率的影响最大,运行压力的增加使管道的剩余寿命与可靠性发生显著变化,而拉伸强度影响较小。     

基于FITNET FFS模型的腐蚀管道失效概率敏感性分析

为了获取影响腐蚀管道失效概率的关键因素及敏感性规律,基于FITNET FFS模型,采用可靠性理论对国内某腐蚀管道的失效概率进行计算和分析。通过全寿命方法计算了腐蚀增长速率,从而得到了与时间相关的腐蚀管道损伤概率模型,并采用蒙特卡罗模拟算法进行求解,得出了不同年限下腐蚀管道的失效概率;采用变异系数法对各影响因素进行参数敏感性分析。研究结果表明:管道直径、壁厚及径向腐蚀速率的分散性对管道失效概率具有双向扰动作用,其机理在于随机变量的分散性和腐蚀速率同时影响失效概率的波动,开始阶段随机变量分散性起主导作用,两者在管道失效概率达到50%会趋于一个平衡状态,之后腐蚀速率起主要支配作用;另外,管材的抗拉强度对腐蚀管道失效概率的影响较屈服强度的影响更大,可靠性分析时采用只考虑屈服强度的强度模型将存在一定的局限性,建议同时考虑管材抗拉强度的影响。     

内压作用下含体积型缺陷弯管极限载荷研究

油气管道一旦发生泄漏失效容易引发爆炸等灾难性事故,而管路中的弯管段是容易发生失效的部分,弯管段承载能力的高低将影响整个管道系统的安全性。为了解决油气管线中弯管的失效问题,考虑几何和材料非线性,建立内压作用下含体积型缺陷弯管的有限元模型,并与爆破试验结果对比验证模型的有效性,确定管道的失效判定准则。研究表明影响弯管极限载荷的主要因素有缺陷的几何尺寸、相对位置以及弯曲半径。基于模拟计算,讨论各因素对含缺陷弯管极限载荷的影响规律,通过对计算结果进行非线性拟合,提出内压作用下含体积型缺陷弯管的极限内压预测公式。该公式将为含缺陷弯管的剩余强度评价和完整性评价提供一定依据。     

考虑随机效应的腐蚀管道贝叶斯退化分析

为提高管道腐蚀退化分析模型的适用性和预测精度,加强管道安全性管理,提出一种通用的基于贝叶斯理论考虑随机效应的逆高斯(IG)过程退化分析方法。根据系统退化随机效应信息,并结合直接处理在线预测数据集的方法,利用贝叶斯方法建立一个简单的IG模型和随机漂移(RD)、随机波动(RV)、随机漂移-波动(RDV)等3个随机效应IG模型。基于相关模型参数产生的后验样本,通过贝叶斯χ2优度检验得到的概率分别为简单IG模型为0. 981 3; RD-IG模型为1. 00; RV-IG模型为0. 925; RDV-IG模型为0. 994 7。案例结果表明:RD-IG模型对数据拟合良好,贝叶斯分析方法在实时监测场景下进行退化预测灵活性强;考虑随机效应的退化分析能提高预测的准确性。     

基于特征提取的输油管道泄漏系数预测*

为准确预测管道泄漏系数,估计管道泄漏量,以基于瞬变流方法的模拟数据为例,建立多个管道泄漏系数预测模型(多层感知机、长短期记忆网络、随机森林、支持向量机以及K近邻回归),综合考虑管道流量和压力数据特点,提出序列提取法和均值提取法2种管道时序数据预处理方法,模型评价指标为相关系数（R2）和平均绝对百分比误差（MAPE）。研究结果表明:随机森林和多层感知机的抗噪性较强,在5%的噪声影响下,模型准确度下降幅度较小;均值提取法去噪功能较好,可在一定程度上降低噪声影响;基于均值提取法的多层感知机模型效果相对较好,R2为0.997 5,MAPE为1.599%,研究结果可为准确预测管道泄漏系数、估计泄漏量提供指导。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

软土沉降位移作用下大口径管道轴向应力状态研究*

为准确掌握大口径管道的轴向应力应变状态,保障管道的安全运行,通过假定4类不同形式的软土沉降位移,研究不同沉降形式对管道轴向应力状态的影响。采用非线性有限元方法建立管道轴向应力应变参数化数值计算模型,开展影响因素分析。结果表明:针对软土沉降位移作用下1 422 mm X80大口径管道,沉降量相同时,突变型位移载荷作用下管道受到的轴向应力最大,最大轴向应力位于两侧非沉降区距管道中心约53 m处;软土沉降量达到工程实际中可能的最大值1 m时,大口径X80管道内轴向应力小于0.9倍管材屈服强度,管道环焊缝可以采用基于应力的工程适用性评估方法开展ECA(Engineering Critical Assessment)评价。     

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。     

基于贝叶斯网络的页岩气集输管道失效概率计算方法研究

页岩气集输管道运行压力和出砂量在生产过程中衰减显著，这导致管道失效概率不断变化，针对这一问题，采用贝叶斯网络方法，建立了页岩气集输管道失效概率动态计算模型。首先，分析页岩气气质特征、管道运行工况及失效原因，利用逻辑门的连接关系，建立了页岩气集输管道失效故障树；其次，基于贝叶斯网络与失效故障树的结构映射关系，将失效故障树转化成贝叶斯网络结构；然后，通过贝叶斯网络的参数学习，实现模型求解；最后，进行了实例应用。研究结果表明:该模型不仅可有效计算页岩气集输管道的失效概率，还能确定影响管道失效的关键风险因素，并且可通过调整节点的状态及概率分布，实现页岩气集输管道失效概率的更新。     

液化石油气储罐的应力腐蚀分析及防止措施

在对在役压力容器进行定期检验过程中．1997年11月．本市某液化石油气储配站曾发生过一起一台30m^2液化石油气卧式储罐因应力腐蚀产生裂纹而提前失效的案例。1998年本市某液化石油气公司亦发生过二台100m^3液化石油卧式储罐因应力腐蚀裂纹而遭监控使用的事例。本文从理论上对这几台储罐应力腐蚀裂纹的产生原因及机理进行具体分析，提出了对典型H2S应力腐蚀开裂的处理意见和防范措施．以供同行参考。     

城市供水管道抗震可靠度智能计算理论及其应用

为准确计算不同参数影响下供水管道的抗震可靠度,依据地震波作用机理,建立地下管道抗震可靠度的功能函数。首先,汲取BP神经网络较强的非线性映射的结构自组织性和自学习性等特点,建立基于神经网络的一次二阶矩可靠度智能计算方法;然后,针对国内最常用的灰口铸铁供水管道,研究剪切波速、特征周期、管径、管壁厚度、地震波入射角对埋地管道失效概率的影响;最后,以秦皇岛市DN300以上的815段地下管道为例,进行不同地震作用下的震害预测。结果表明:一类场地是对管道抗震最有利的地段,四类场地为最不利地段,地震波入射角对管道失效概率的影响在45°左右达到最大值。随着剪切波速的增大、特征周期的减小,管道失效概率随之降低。在二、三类场地条件下可以适当增加管径和管壁厚度,以提高管道抗震性能。秦皇岛市供水管网系统在小震和中震作用下是比较可靠的,在大震作用下损害会很大。