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。     

穿越水域输气管道裸露悬空段的应力敏感性分析

为保证穿越水域输气管道裸露悬空段的安全运行,需要对裸露悬空段的应力进行敏感性分析。根据流体动力学和固体力学理论,利用有 限元软件对水流冲击下的裸露悬空管段进行流固耦合模拟分析,并找出影响管道受力的主要因素。基于模拟计算结果,采用单因素敏感性分析 法分析各影响因素对管道应力的影响程度,计算各敏感度系数并识别出影响管道应力的关键因素。计算结果表明:裸露悬空管段的径厚比和悬 空长度为影响管道应力的关键因素,两者与管道应力同方向变化,且管道应力对径厚比的敏感性相较于其对悬空长度更强。     

沉降土体对管道跨越结构应力影响的分析

为了更好地保障长输管道的安全稳定运行,针对长输管道当中的跨越结构进行了应力分析与计算。基于管道跨越结构其结构的特殊性,极容易受到断层、土体塌陷等地质灾害的影响。因此建立了跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,分析了30°、40°、50°、60°跨越结构和不同范围土体发生沉降时,管道的应力变化情况。结果显示,当跨越结构中斜管段的角度确定后,便可计算出相应的安全沉降长度;当斜管段角度为50°时,沉降长度控制在13.6m以内,可保证跨越结构不发生塑性变形。通过研究为管道跨越段的安全设计提供了理论依据,该方法可应用在类似的管道跨越结构的应力设计当中。     

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。     

采空塌陷区埋地输气管道的变形及受力分析

针对采空塌陷对输气管道的潜在威胁,采用管道－土壤相互作用（PSI）单元,结合三向土弹簧非线性模型,建立采空塌陷区埋地输气管道的有限元计算模型,分析了不同管径、壁厚和内压影响下管道的变形和受力规律,并确定最大变形和最大受力的位置。结果表明:适当增加壁厚和减少内压能有效提高管道的安全性;最大Von-Mises应力和最大竖向应变位置均在内边缘塌陷区且靠近中间塌陷区;最大轴向应力和最大轴向应变位置均位于中间塌陷区两侧。所得结果对埋地输气管道穿越采空区的安全防护具有一定参考价值。     

高压天然气管道孔口泄漏扩散浓度与范围仿真探讨

天然气管道的泄漏容易引起火灾、爆炸、中毒、环境污染等恶性事故。建立输气管道泄漏扩散的合理模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。文中重点研究天然气泄漏与扩散过程机理,并对其中的高斯烟羽、烟团模型进行了修正。以某长输送管段的参数为例计算天然气压力管道的泄漏速度、流量、扩散浓度并且估算确定天然气的泄漏覆盖区域,探讨其扩散的影响范围。     

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。     

基于AutoPIPE的滑坡对输气管线的破坏研究

为探究输气管道在滑坡作用力下的受力特性,本文以福建LNG输气干线漳州段高边坡治理工程项目为背景,利用AutoPIPE软件基于理想弹塑性土体与管的相互作用机制,以分段施加均布荷载等效滑坡下滑推力的方法建立管道模型进行应力、位移分析。相关结果表明:滑坡与非滑坡临界点以及滑坡中间管道截面应力最大易遭受破坏;根据管道所能承受极限滑坡宽度确定添加V-stop(固定支座)的数量不足以对管道起到保护作用;添加V-stop后形成多跨管段,使得管道支撑截面集中应力过大而遭破坏。在实际工程运用中,添加V-stop的数量要多于根据极限滑坡宽度推导的数量。     

基于PSR-可拓云模型的油气管道脆弱性评价

为准确分析油气管道的脆弱性程度,提高管道系统风险抵抗能力,保障油气管道安全运输,提出了基于PSR-可拓云模型的油气管道脆弱性评价模型。基于PSR概念框架构建油气管道脆弱性评价指标体系;引入博弈论思想将层次分析法和CRITIC法计算所得权重进行最优组合。同时考虑油气管道脆弱性影响因子量化的模糊性,建立可拓云模型计算关联度,进而确定管道的脆弱性等级;最后,将模型应用于陕西省某现行管道,定量计算出该管道各管段的脆弱性值,并进行脆弱性排序。经过计算,该管道的综合脆弱性等级为较不脆弱,与实际情况相符。该模型不仅可以识别较为脆弱管段,还能把握脆弱性在油气管道系统中的传递和变化趋势,为油气管道的安全运行提供决策依据。     

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。     

基于谐波沉降的管道力学分析*

为避免地面沉降引发的油气管道事故,研究沉降管道的力学特性,提出基于谐波沉降的管道力学评估方法。以中国石化某沉降管道为研究对象,通过现场测量的方法获得沉降区管道高程,利用傅里叶级数展开对不均匀沉降数据进行处理分析,获得管道谐波沉降的拟合函数。建立ANSYS有限元模型,采用土弹簧模型模拟非沉降区管道与土体相互作用关系,将谐波沉降作为位移载荷施加到沉降区管道,对含内压管道的沉降进行数值模拟,分析其应力、应变分布规律。结果表明:沉降与非沉降交界处管道应变及应力最大,基于应变的评估准则,管道运行状态为安全,为应急响应提供支撑。     

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。     

城镇煤气管道漏损分析与风险评价

在管道漏损的各种因素分析与分类的基础上,建立管道漏损综合评价模型,结合事故树法和专家评分法,实现对管道运行状况的评价。事故树模型采用最小割集的方法描述事故树相应的结构函数,从而评价事故树各底层事件的结构重要度。根据专家评分法,对危害因素指标和后果进行评分,实现管道工作状态的风险评价。该分析和评价方法,为实现基于风险评价的风险控制与管理提供理论依据。