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。     

高压、超高压油气井装备抗内压强度设计计算分析*

为解决传统计算公式与方法已几乎无法满足目前对高压、超高压油气井装备强度设计的需求,利用理论分析方法,对不同抗内压强度计算公式进行详细分析,引入压力容器行业高压、超高压的计算公式与方法,并对某高温高压井抗内压强度进行分析,提出适用于超高压油气井的油套管抗内压强度计算公式。研究结果表明:不同抗内压强度公式的基本思想与设计准则不同,在使用时应注意限制条件,现有的抗内压强度计算公式不适用于高压、超高压油气井,材料性能不能充分利用且存在一定安全隐患;对超过100 MPa的油气井,可以采用弹塑性理念计算抗内压强度,对于油套管可以减小强度等级同时增加壁厚来满足抗内压强度要求。研究结果对高压、超高压油气井装备抗内压强度设计具有一定参考价值。     

珠光体耐热钢膜式水冷壁制造工艺优化

本文简要介绍了膜式水冷壁管屏制作工艺过程和珠光体耐热钢水冷壁管屏制造过程中易产生的缺陷分析,通过改进优化成排弯曲模具,焊前清理、预热,避免外侧管椭圆度、焊接气孔、咬边等缺陷。结合工艺试验分析了珠光体耐热钢管屏热矫正后不恰当的冷却方式引起延迟裂纹的原因,从而总结出珠光体耐热钢水冷管屏焊后热矫正时需特别注意的加热方法、加热温度及冷却方式,确保产品质量。     

水泥环性质对套管破坏的影响分析

为研究水泥环受力对套管的影响,采用多孔介质流固耦合有限元计算方法和套管破坏准则,将地层和水泥环视作多孔介质,分析其对套管破坏的影响。通过建立地层-套管-水泥环有限元模型,对比研究套管在正常固井和未固井时所受的有效应力,定性分析水泥环材料性质对套管破坏的影响。研究结果表明:在多孔介质流固耦合作用下,水泥环对套管具有一定的保护功能;水泥环的泊松比对套管破坏影响较小;相较于其他两种水泥类型,膨胀水泥的性能更优,有效地减小了套管受到的应力应变。根据计算结果的分析,为套管的防护提供参考依据。     

活性粉末混凝土(RPC)的断裂力学性能

在试验及观察的基础上,对活性粉末混凝土的断裂过程进行定性分析,给出活性粉末混凝土的裂纹发展原理及钢纤维的增韧机理,并分析其不同于普通混凝土的两个基本断裂特征。介绍了利用缺口梁三点弯曲试验确定混凝土拉伸软化本构方程的方法。基于Hillerborg模型,提出活性粉末混凝土的拉伸软化模型,根据三点弯曲断裂试验结果,确定出活性粉末混凝土的双线性拉伸软化曲线中的具体参数。据该软化曲线公式,计算出的活性粉末混凝土断裂能同试验得出的值相比,误差仅为0.9%。笔者得出的双线性软化曲线能较精确地反映活性粉末混凝土材料的断裂特性,可为今后进行RPC裂缝的分析和预测提供定量计算的依据,对于研究活性粉末混凝土的断裂能、尺寸效应等问题也很具意义。     

废旧矿用U型钢改形锚索托盘变形破坏 机理及控制对策*

针对矿用U型钢改形锚索托盘受力过程中发生大的弯曲变形和孔口撕裂,导致锚索支护系统失效的现象,推导了U型钢改形锚索托盘弯曲 变形破坏方程,模拟分析了均布荷载作用下改形托盘的力学特征,发现改形托盘4个角发生弯曲变形量最大,纵向路径弯曲变形明显大于横向, 孔口易发生撕裂破坏。通过数值模拟与公式推导得出,两者计算结果的差值较小,进而提出了减小改形托盘发生弯曲变形和避免孔口发生撕裂 的控制对策。在井下进行现场试验,取得了较好的效果。     

海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术

为了有效预测海上气井环空带压油套管柱潜在失效风险及安全管理环空压力,提出1种基于井口压力、温度和液位多参数监测的海上气井环空带压油套管柱动态安全评价技术。首先,结合气井生产状态参数和完井信息,建立气井井筒压力分布计算方法;然后,根据力学知识分析气井环空带压油套管柱应力场特点,进而提出利用环空带压井油套管柱安全系数作为油套管柱失效评价依据;最终,开发海上气井环空带压安全监测系统并开展现场案例井分析。研究结果表明:监测系统能够准确获取环空带压状态参数,通过环空压力状态变化分析阐述“A”环空带压机理为泄漏点处油套管之间压力平衡的保持;结合实际井口环空压力监测数据,井筒安全系数能够实时表征油套管柱安全状态。     

深海立管VIV预测模型及影响因素研究

为有效预测多因素作用下深海立管涡激振动(VIV),首先,基于欧拉-伯努利梁弯曲理论和改进范德波尾流振子方程,考虑管内流动流体和立管横向(CF)和顺向(IL)耦合作用,建立海洋立管涡激振动预测模型,用埃尔米特插值函数离散立管微分方程,纽马克-β法在时域内迭代求解立管位移;然后,设计VIV试验,并将试验数据与模型计算结果进行对比验证;最后,研究海流流速、内外流流速和顶张力对深海立管涡激振动特性的影响。结果表明:海流流速越大,立管振动频率越高,振动幅值越大;立管固有频率随内流流速的增大可能降低到锁振频率范围,加速立管的疲劳破坏,顶张力对立管内流影响有明显抑制作用,立管双向耦合作用在涡激振动分析中不容忽视。     

基于CSABC-ELM的采煤工作面瓦斯涌出量预测

为了提高煤矿工作面瓦斯涌出量的预测精度,研究一种将极端学习机(ELM)与利用混沌搜索策略改进的人工蜂群(CSABC)算法相结合的预测方法。改进后的人工蜂群算法有效解决了ABC算法易陷入局部最优、后期收敛慢等缺陷,利用CSABC优化ELM的输入层和隐含层参数,避免了随机产生ELM参数所造成的误差,建立基于CSABC-ELM的瓦斯涌出量预测模型。利用实际煤矿监测数据对该模型进行试验分析,并与ABC-ELM,ELM和BP神经网络的预测结果进行比较。结果表明,CSABC-ELM预测误差更小,精度更高,泛化性能也更强,能有效地对煤矿瓦斯涌出量进行预测。     

海洋立管内流流动分析及疲劳寿命预测

涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命，基于Van Der Pol尾流振子模型，考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用，建立了立管涡激振动方程，用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解，进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证，最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加，造成立管疲劳寿命降低；通过增大顶张力可以有效消除内流的影响；立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等，因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。     

Thermal runaway criterion for chemical reaction systems: A modified divergence method

The chemical reaction in certain range of operating conditions may exhibit parametric sensitivity where small changes in one or more of the input parameters lead to changes in the output variables (eg. reaction temperature). The sharp rise of the reaction temperature is a critical behavior that may lead to runaway conditions. Thus, it is of vital importance to determine the critical operating parameters consisting of the parametric sensitivity region under the consideration of intrinsic safety. In this paper, a modified divergence criterion is proposed based on the trace of Jacobian matrix at the maximum temperature. The nonlinear differential equations describing the dynamic behavior of the chemical reaction is linearized locally in the vicinity of the equilibrium point by the small perturbation analysis. The relationship between the perturbation equation and parametric sensitivity of the reaction system is investigated. The critical values computed by the modified divergence criterion are compared with Morbidelli and Varma criterion (MV criterion), Adler and Enig criterion (AE criterion) and divergence criterion (Div criterion). The comparison demonstrates the validity of the new criterion. In addition, the critical explosion pressures of two kinds of hazardous chemicals are computed by the various critical criteria and compared with published experimental data. The results show that the modified divergence criterion could give smaller computational error compared with the previous criteria.     

内压、弯矩组合载荷作用下未焊透管道的安全评价方法研究

未焊透缺陷是压力管道焊接接头常见的一种缺陷,严重时可导致管道的承载能力明显降低,进而引发严重的安全事故。为了研究未焊透缺陷对管道安全性的影响,提出了采用非线性有限元分析方法,对含未焊透缺陷压力管道的影响因素进行简化,通过研究其极限内压和极限弯矩随未焊透深度、环向长度等影响因素的变化规律,进一步获得了单一载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道的极限载荷估算公式和极限载荷曲线簇。最终在试验验证基础上建立一种未焊透管道的安全评价方法,并通过试验验证结果表明该方法可用于含缺陷工业管道的安全评定是可行的。     

外力作用下管道内表面缺陷处裂纹扩展研究

为提高油气管道安全风险评估的准确性,以含内表面缺陷管道为研究对象,利用ABAQUS软件线弹性及弹塑性分析不同尺寸缺陷对裂纹萌生特征的影响;采用扩展有限元法,建立管道3点弯曲模型与全尺寸静载物理试验,并非线性拟合裂纹扩展尺寸,研究内表面缺陷处裂纹扩展情况.研究结果表明:内表面缺陷中心处极易萌生裂纹,随着缺陷尺寸的增大,裂...     

超声回弹综合法测强曲面五参数幂函数公式

提出了一种新的混凝土 f -v -R曲面五参数幂函数公式 ,它能够很好地描述混凝土的超声值v、回弹值Rm 和抗压强度值 f之间的关系 ,克服了传统的 f -v -R曲面公式拟合试验数据误差较大的缺点 ,在实际工作中 ,采用这种新提出的 f -v -R曲面公式 ,可以更准确地评价建筑结构的混凝土强度     

PFC-APG-SA水成膜泡沫防治油液储运火灾实验研究

为有效防治油液在储运过程中易发生火灾问题,针对油液储运火灾特点,研发1种PFC-APG-SA水成膜泡沫材料。基于发泡性能、表面张力、pH值和抗烧性能,对复配的8种水成膜泡沫液开展性能测试实验,优选出最佳配方。结合分子动力学模拟,探究复配表面活性剂在模拟体系界面中分子排布作用的微观机理。研究结果表明：新型水成膜泡沫液发泡倍数为9.5,泡沫形态稳固,表面张力为17.521 mN/m,抗烧时间约为784 s,用量小且可以有效抑制油液燃烧;在分子动力学模拟中,复配的表面活性剂分子在油表面排列更为紧密,与油之间的相互作用能绝对值为8 210.238 kJ/mol,相互作用强且结构稳定。研究结果可为水成膜泡沫在油液储运火灾防治中的应用提供一定参考。     

The effect of tibial curvature and fibular loading on the tibia index

The tibia index (TI) is commonly used to predict leg injury based on measurements taken by an anthropomorphic test device (ATD). The TI consists of an interaction formula that combines axial loading and bending plus a supplemental compressive force criterion. Current ATD lower limbs lack geometric biofidelity with regard to tibial curvature and fibular load-sharing. Due to differences in tibial curvature, the midshaft moments induced by axial loading are different in humans and ATDs. Midshaft tibial loading in the human is also reduced by load-sharing through the fibula, which is not replicated in current ATDs. In this study, tibial curvature and fibular load-sharing are quantified through CT imaging and biomechanical testing, and equations are presented to correct ATD measurements to reflect the loading that would be experienced by a human tibia.     

基于动态实验的玻璃钢原油管道结垢规律研究

为了研究玻璃钢管道在原油输送过程中的结垢问题,通过搅拌实验的方法对玻璃钢管道内的结垢情况进行了模拟实验,并运用Origin8.0绘图软件拟合得到了基于油品温度、流量以及流动距离的玻璃钢管道原油输送结垢计算公式;采用VB6.0编程语言,对所研究的内容及公式进行编程,通过与新疆HK玻璃钢管线现场清管运行参数对比,对结垢计算公式进行了修正。结果表明:由该程序计算所得玻璃钢管线结垢量情况以及不同位置在不同流量下的结构速率与实验结果吻合,因此,所编程序计算结果能够有效地为玻璃钢管线现场清管周期的确定提供理论依据。     

油品真实蒸汽压多元非线性回归

油品蒸气压是从事油品蒸发损耗研究、计算油品蒸发损耗量的重要参数,但是仅有美国石油学会给出的诺模图,给利用计算机来计算储罐蒸发损耗带来了很大困难.为了利用计算机来计算储罐的蒸发损耗,运用Excel中的回归功能,对原始数据进行必要的转换,进行了真实蒸气压的多元非线性回归,回归出了油品真实蒸气压计算公式.结果显示,回归的方程具有很高的精度,利用回归方程编制了计算软件,为储罐蒸发损耗计算提供帮助.