不同洪水冲击角度下卧式储罐失效问题研究

为预防洪水灾害作用下化工园区卧式储罐失效事故,通过理论推导和实证分析,研究不同洪水冲击角度下卧式储罐的失效问题。首先,建立洪水侧向冲击角度下卧式储罐的受力模型;然后,定义洪水侧向冲击角度下卧式储罐易损系数和受冲击的衰减系数;最后,基于受力模型和衰减系数,分析不同洪水冲击角度下储罐型号、装量水平对卧式储罐失效的影响。结果表明:当洪水冲击角度θ从0变到π时,储罐受洪水冲击作用力的衰减系数先增后减,当θ=π/2时为最大;卧式储罐尺寸越大,螺栓受到的冲击作用力越大,储罐越容易失效;卧式储罐装量水平越高,螺栓受到的冲击作用力越小,储罐越安全。     

基于ANSYS的洪水漂浮管道的有限元分析与安全评估

漂浮管道会受到洪水、重力及河岸土体抗力等多种力的共同作用,在一定范围内弯曲变形,甚至发生失效断裂。因此,研究洪水中漂浮管道的受力情况,并对其进行安全评估实际意义很大。本文引用某原油管道的漂管案例,借助ANSYS有限元分析软件,仿真计算分析了洪水冲击服役环境下,漂浮管道的受力状况。总结出漂浮长度与最大应力比率的关系,并应用极限理论得到漂浮管道的安全评定方法。     

钢制卧式储罐被洪水破坏概率分析

为研究钢制卧式储罐的洪水破坏概率和泄漏频率,基于洪水作用下储罐的荷载分析,构建储罐机械破坏简化模型,获得了卧式储罐失效曲线;利用简化模型建立147种钢制卧式储罐的洪水破坏失效数据库,获得了储罐临界装量系数与洪水深度的拟合关系式;以洪水流速和临界装量系数为参数,建立卧式储罐破坏概率和危险物质泄漏频率快速计算模型。结果表明:储罐失效曲线是安全区和失效区的分界线;临界装量系数与洪水深度满足线性关系,系数由储罐外形特征参数确定;用破坏概率和泄漏频率,可定量表征卧式储罐的洪水灾害风险。     

水下穿越油气管道水流冲击作用下强度安全研究

油气管道穿越水流活动区域时,在水流冲击浮力作用下,油气管道面临漂管、大变形甚至断裂等强度失效风险。研究水流冲击作用下油气管道的强度安全性意义重大。描述分析了流水作用下管道的载荷特性,构建了水下管道有限元模型,分析了水流冲击、动静水浮力下管道的应力应变特性,构建了强度评价准则,对油气管道进行了安全评价,基于复壁管稳管技术,对水下管道进行了强度加强设计,为工程优化设计提供参考。     

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。     

影响凹陷管道安全因素分析

为了分析管道上凹陷对其安全性的影响,以非线性接触模型为基础,应用ABAQUS有限元软件,建立矩形状压头作用于管道的三维模型。通过求解模型,探讨了凹陷深度、凹陷位置、凹陷尺寸、管道内压对管道轴向应变和韧性失效损伤因子的影响。结果表明:管道的轴向应变随着内压的增大而增大,然而内压的存在却对管道韧性失效起到一定的抑制作用。当韧性失效损伤因子D=1时可以通过韧性断裂准则预测其临界失效应变;当凹陷深度超过一定范围内压会使损伤程度增大;当凹陷位置为垂直于管道正上方时,其对管道的轴向应变及韧性失效损伤因子的影响较大;当管道内压一定时,随着凹陷变形量的增加,与凹陷轴向长度相比,凹陷宽度的变化对管道的轴向应变及韧性失效损伤因子程度影响更显著,而增大凹陷长度和宽度均可有效降低其对管道安全性的影响。     

强降雨环境下公路车辆制动安全性分析

为分析强降雨环境下公路车辆的制动安全可靠性，基于2种停车视距模型引入可靠性理论，将降雨强度、车速及驾驶员思索时间视为随机变量，运用蒙特卡罗模拟方法建立强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性分析模型，以研究不同降雨强度、不同车速下公路车辆的停车视距。研究结果表明：降雨强度一定时，2种计算模型的停车视距差值随着车速的增大而增大，车速一定时，2种计算模型的停车视距差值随着降雨强度的增大基本不变；若随机变量服从正态分布，停车视距也近似服从正态分布，且模型Ⅱ的分布均值大于模型Ⅰ,模型Ⅱ的分布标准差近似于模型Ⅰ;车辆的制动失效概率随着车速及降雨强度的增大而增大，车速及降雨强度一定时，基于模型Ⅱ计算的车辆制动失效概率略高于模型Ⅰ;车辆的临界车速随着降雨强度的增大而降低，随着制动失效概率的增大而增大，车辆制动失效概率及降雨强度一定时，基于模型Ⅰ计算的临界车速略高于模型Ⅱ;较传统确定性方法相比，基于可靠性方法可以获得更为合理的雨天行车安全临界车速，当降雨强度为4mm/min,失效概率为0.000 1时，临界车速已低于45km/h。     

追尾碰撞下液罐车罐体变形失效仿真研究

为降低罐车追尾碰撞造成的危害,运用Hyper Mesh软件建立客车和罐车的有限元模型,并将该模型导入LS-DYNA程序,构建追尾碰撞仿真模型;计算2车碰撞过程中罐体结构变形量,分析不同冲击载荷和液体属性对罐体碰撞的应力分布、位移变化以及损伤变形演变的影响,验证该模型的科学性和有效性;并以罐车装载汽油为例进行计算与分析。结果表明:相同接触位移下,初始撞击速度越大,罐体变形量越大;同一碰撞速度下,变形位移量与接触位移呈正相关;充装率为0. 9时,罐体破裂的临界碰撞速度为43 km/h;用该仿真模型能够得出罐体破裂失效后的液体泄漏速率和泄漏量等参数。     

落石冲击作用下架设油气管道响应分析

针对影响油气管道安全运营的落石冲击问题,基于弹塑性力学、Cowper-Symonds本构模型和有限元方法,建立了球形落石冲击油气管道的计算模型,对管道动态响应过程进行了数值模拟。对冲击速度、落石半径、管道内压力和落石冲击位置进行了参数敏感性分析,研究了各参数对管道冲击变形的影响规律。结果表明:落石的冲击能量主要用于管道塑性变形;冲击过程中,落石与管道的接触区域由初始的椭圆斑逐渐变成了椭圆环;管道塑性变形随着冲击速度和落石半径的增大而增大,随内压和落石偏移度的增大而减小。该研究工作为油气管道的安全评价及防护工程的设计提供了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

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.     

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。     

基坑开挖爆破下邻近管道振动速度安全阈值研究

结合武汉轨道交通光谷广场综合体深基坑开挖爆破工程,建立LS-DYNA有限元模型,分析了爆破作用下邻近污水管道的动力响应规律和振动速度安全阈值;并根据弹性波场论分析P波斜入射和垂直入射产生的拉应力,由极限拉应力准则建立管道爆破振动速度安全阈值计算模型。结果表明:管道迎爆侧的爆破质点位移和振速均大于背爆侧,管道上入射角为0~40°的部分为易破坏区域,管道正上方的地表振速约为埋地管道最大振速的0.75倍;并最终确定管道正上方的地表振速安全阈值为10 cm/s;基于数值模拟得出的振动速度安全阈值大于理论分析得出的结果,因此在进行相似工程的设计研究时,不建议采用单一方法分析出结果,以便为实际工程安全施工提供更切实的指导。     

基于有限元的局部突变位移载荷下埋地管道力学分析

冻土融沉、盐渍土溶陷等地质灾害会导致局部土壤产生一定位移,对埋地长输管道安全性构成威胁。为保障埋地管道的安全运行,建立了局部突变型位移载荷作用下埋地管道力学分析模型,采用非线性土弹簧描述管土相互作用,分析了局部突变区域长度及突变位移量对埋地管道受力的影响。研究结果表明:因局部突变区长度与突变位移量的不同,管道存在3种受力状态,当局部突变区域长度大于临界突变区长度时,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不产生耦合,此时在突变区域两端可等效为2个垂直正断层,即为第一种受力状态;当突变区域长度小于临界突变区长度时,随着突变位移的增加,管道应变随之增加,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不断叠加,即为第二种受力状态;在第二种受力状态基础上,当突变位移大于临界突变位移时,管道应变不再发生变化,管道等效为受到垂向均布荷载的作用,即为第三种受力状态。研究结果可为工程中管道穿越地质灾害区域的设计提供参考。     

水网地区漂浮输气管道安全评估方法研究

为防治水网地区河流穿越管道形成漂浮管段而发生事故,需要对漂浮管道进行安全评估。根据工程实例,建立水流作用下漂浮管道的力学模型,构建基于土弹簧法的有限元实体模型,采用有限元软件对漂浮输气管道进行仿真计算。然后,根据计算不同漂浮长度下的管道应力,分析管道最大应力比率在漂浮长度影响下的变化规律,建立漂浮管段安全评估模型。最后,结合实例对管道安全评估模型流程进行说明。实例分析结果简洁明了地反映出该漂浮输气管道处于安全运行状态,与实际情况相符,表明该安全评估方法是有效的。     

基于N-K模型的城市燃气管道失效可能性因素耦合分析

为分析多因素耦合作用对城市燃气管道失效可能性的影响,构建了基于复杂网络的N-K模型;应用轨迹交叉理论分析管道失效可能性因素的耦合作用机理;基于N-K模型对2011—2014年所发生的1 127起城市燃气管道事故进行耦合分析,计算不同耦合方式发生的概率和耦合值。结果表明:多因素耦合过程中,参与耦合的因素越多,管道失效的概率越大,但耦合发生的频率却随耦合因素的增加逐渐减少;环境因素和人为因素参与耦合时,管道失效的概率较大。     

石油工业动火安全防护方法研究

在石油生产设备设施的建设安装和检修动火过程中,工程技术人员创造发明了防护盲板、防护接地、加装管道扫线接口和绝缘螺栓四种防护方法。防护盲板主要应用于隔离动火一方与不动火一方的防护,防止在动火管线可能着火放炮时,保障动火安全;防护接地是为防止被动火设备因电焊机杂散电流引起火灾而设置的专用接地线,把杂散电流引入大地;扫线接口既可用于管道的排空,又可利用此接口输入气体或液体对管道进行扫线;绝缘螺栓应用于管线法兰与容器法兰之间加绝缘盲板的临时固定,以隔离管线与容器法兰的电焊杂散电流通路。为石油工业动火作业安全提供技术参考。     

水毁灾害中埋地管道稳定性研究

水毁灾害是长输油气埋地管道灾害中造成经济损失最严重、对环境危害最深远的自然灾害之一。为了分析埋地管道在水毁灾害中的稳定性,探讨了埋地管道在水毁灾害中的载荷分布情况;采用特征值屈曲理论,分析了埋地管道在水毁灾害中悬跨和漂浮2种主要形式下,不同管道外径和管道壁厚对埋地管道在水毁灾害中稳定性的影响,计算得到特定条件下埋地管道水毁的极限长度;建立了埋地管道在水毁灾害中的有限元模型。结果表明:管道在水毁灾害悬跨和漂浮情况下极限长度和屈曲位置不同,随着管道壁厚的增加,埋地管道在水毁灾害中的稳定性近似呈缓慢的线性增长;增大管道外径能够有效降低埋地管道在水毁灾害中的位移,并显著提高管道在水毁灾害中的抗屈曲能力。     

基于韧性损伤模型的管道凹坑缺陷应变评估

为提高管道凹坑缺陷应变评估方法的准确性,基于韧性断裂模型和损伤力学,建立管道凹坑损伤评估模型。结合有限元方法,研究2种典型凹坑缺陷(平滑型凹坑和曲折型凹坑)不同区域的损伤程度,计算在不同管规格和内压下的凹坑缺陷临界失效应变。数值模拟结果表明:不同类型凹坑的各部位损伤程度不同,且可能产生裂纹的部位也不同;不同管规格之间的临界失效应变差别较小;由于内压的回弹作用,不同内压下的非约束型凹坑的临界失效应变不同,可进而得到内压和临界失效应变的拟合关系;凹坑缺陷的应变评估需要将凹坑分为约束型和非约束型,选用不同的应变标准分别予以评估。     

典型高温紧固螺栓不拆卸相控阵检测技术研究

近年来,随着国内科技的飞速发展,电力需求日期增大,国内火力发电厂总数也与日俱增,在役机组运行和检修过程中,发现高温紧固螺栓存在不少的质量事故和质量问题.高温紧固螺栓广泛应用于汽轮机内外缸中分面法兰、主汽门、调门以及高温蒸汽管道法兰等的连接,螺栓承受的载荷和所处工况非常复杂,在安装、拆卸等过程中承受冲击载荷作用,在结合面...     

基于GIS-T的液罐车侧翻预警方法

为降低液罐车侧翻风险,保障液罐车在弯道行驶时的安全,建立其在弯道行驶时最小侧翻临界速度的计算模型。首先,运用动力学的理论计算在不同车速、弯道半径及超高值的道路条件下整车的重心高度变化;然后,利用力矩平衡原理计算液罐车在弯道行驶时的侧翻临界速度;其次,对比车辆当前行驶速度与最小侧翻临界速度,判断其发生侧翻事故的风险并提出预警方法;最后,进行实例计算与分析。结果表明:液罐车弯道行驶时车辆侧翻临界速度与车辆行驶速度负相关;超高坡度、道路纵向坡度、弯道转弯半径等道路基础条件对行驶于该路段的液罐车的安全有较大影响;用该预警方法能有效保障液罐车与驾驶员的行车安全。。