沼泽地段输气管道应力校核及安全性分析

输气管道穿越沼泽地低洼地带,在自然下沉或浮力的作用下,易发生变形破坏。因此,需要在设计阶段对沼泽地段的管道进行应力和位移分析。本文根据某区管道的设计资料,建立了相应的应力分析模型,首次采用CAESAR II软件对沼泽地段输气管道进行了数值模拟。结果表明:对于下沉的管道,沉降量在5cm~10cm范围内时,沉降量对管道应力的影响较大(沉降量每增加1cm,应力值增大约30MPa),最高及次高应力均产生在过渡段与沼泽地段的交界处;对于上浮的管道,管道最大应力产生在管道过渡段,而不是沼泽地段。说明对于上浮管道,水浮力的作用可以降低过渡段与沼泽地段交界处的集中应力,且偶然载荷工况下的应力值最高,所以工程中建议:若管道处于上浮状态应重点对偶然上浮载荷工况进行分析。     

带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头的密封性研究

本文对直径为100mm带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头的强度进行了计算和实验分析研究.计算研究中根据在符合实际工程下确定带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头密封部位的应力和位移,以及对管道密封性能的影响;实验研究中根据对直径为100mm带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头进行符合实际工况的试验,测量绝缘接头密封部位的应力和位移,以及密封圈的受损程度.对计算和实验结果进行分析比较,确定带套筒构件埋地燃气管道绝缘接头在装配中的最小预紧力,分析在不同因素作用下管道绝缘接头的安全性,并为其它直径类型带套管构件埋地燃气管道绝缘接头的设计提供可靠的依据.     

爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力失效机制

基于典型城市燃气管道直埋地层特点,通过全尺寸直埋燃气管道爆破地震实验,并结合LS-DYNA动力有限元数值计算软件建立不同爆源距离的无接口和法兰接口的燃气管道模型,分析研究了爆破地震波作用下法兰接口燃气管道动力响应特征及其失效机制。研究结果表明:管道截面应变以轴向拉伸应变为主,环向应变为辅;不同爆破工况下,无接口管道和法兰接口管道及地表峰值振动速度随爆源距离减小而增大;沿管道轴线方向,无接口管道、地表峰值振动速度以管道中心截面为对称面沿两端不断减小,法兰接口管道峰值振速由两侧向中间逐渐增大,在法兰接口处突然减小;法兰接口处出现明显的应力集中现象;管道法兰接口处是爆破地震作用下研究的关键点,螺栓的峰值有效应力、垫片轴向压力、法兰峰值有效应力、法兰偏转角随爆源距离增大而减小;法兰管道偏转角与地表峰值振动速度具有对应关系,法兰接口燃气管道中心正上方地表的控制振速（13.82 cm/s）可作为邻近燃气管道爆破工程地表的安全控制值。     

输流管道动力有限元建模及实验研究

在输流管道系统中由结构-流体相互耦合作用导致的管道振动对工业生产的安全性、经济性具有重要影响。工程中常用有限元中的管单元建立管道动力学模型,用附加质量法或顺序耦合方法进行输流管道系统的动力学分析,这种建模和分析方法可能会造成管道中结构-流体相互耦合效应的缺失。本文搭建了输流管道系统的实验平台,分别在管道无水和充水两种状态下进行管道系统模态实验,并将实验结果分别与所建立的无水管道有限元模型和充水管道流固耦合模型分析结果进行了对比,验证了壳单元及实体单元管道动力学模型的合理性。通过实验和数值分析研究其动力特性发现：壳单元动力学模型更合理准确,管道系统由于流固耦合作用的影响产生了新的振动形态;附加质量法分析结果缺失了系统的某些低阶模态,表明了输流管道系统流固直接耦合动力学建模的必要性。     

地震和波流作用下海底悬跨管线模型实验研究

利用水下地震-波流联合模拟实验系统研究了海底管线在波浪、水流和地震作用下的动态响应特征。实验中考虑了有无地震作用、悬跨长度、波浪高度、水深、水流速度以及是否满管状态等因素。通过DDP动态数据后处理软件对实验结果进行处理分析,得到海底悬跨管道的动态响应特性。实验结果表明:在浅海海域,悬跨管线的动态反应受波浪及水深变化的影响不明显,悬跨长度是影响管道动态响应的主要影响因素;悬跨管线在地震与波流共同作用下的反应与仅地震作用下的应变存在差别;在波浪力作用下,空管时管线的应变要小于满管时的情况。     

基于正交试验的复合地基沉降影响因素分析

结合苏北滨海平原连云港地区海相沉积的软土粘粒含量大、海侵海退、多夹层等特点及某高速公路沉降观测资料,考虑复合地基段沉降效果良好、固结显著, 对水泥搅拌桩处理海相软土地基实测累计沉降的影响因素进行单因素和多因素分析。在正交设计理论的基础上, 提出似正交设计方法并重点对软土厚度、预压方式、填土高度、桩长和桩间距进行多因素分析, 计算证明了预压方式和填土高度对水泥土桩复合地基加固软土地基的实测累计沉降的显著影响, 建议在该工程软土厚度范围变化不大的地段, 应优先调整预压方式并控制填土高度。     

导爆管传爆机理的实验研究

本文研究了导爆管的传爆机理。利用两组实验:爆前抽真空测爆速实验及爆前、爆后对导爆管纵横断面显微观察。分析了影响传爆特性的一些因素。结果表明,管内薄层炸药在空气冲击波和管道效应作用下形成了一种特殊结构的低能低速的稳定爆轰波。     

水下石油管道漏油检测定位的粒子滤波SLAM算法

针对海底石油管道漏油位置检测定位这一问题,提出了捷联惯性导航系统与同时构图定位算法相组合的水下导航定位方法。利用声纳传感器采集石油管道的特征位置信息,在同时构图定位算法的作用下构建管道地图并获得高精度定位信息。然后利用粒子滤波算法将上述获得的定位信息与捷联惯性导航系统相结合,以补偿其位置误差积累。仿真实验结果显示所述组合方法的定位精度较高,达到总航程的0.1%。     

地震载荷工况下隧道内油气管道应力分析研究

为了了解隧道内油气管道在地震载荷工况下的应力分布情况,有必要对其进行应力分析。基于地震响应谱分析法,采用CAESAR Ⅱ软件建立了地震载荷工况下中缅某段隧道内油气管道的应力模型,对其进行应力分析,并校核了油气管道的位移、应力是否符合规范。分析研究了管道的最危险截面;计算出了危险弯管的应力比率,校核了应力允许值;分析得出,轴向地震作用与综合地震作用对管道影响较大,应重点校核管道的轴向地震与综合地震作用下的应力变化,并加强监测力度;通过对油气管道的位移校核得出,轴向地震作用与综合地震作用对隧道内油气管道的位移影响较大;地震作用下隧道内轴向位移较其他两方向位移较大,应重点监测。对斜管长度、覆土深度、管道内压等影响因素进行研究得出:架空段管道长度与倾角、地震烈度、管道运行温度与管道内压对穿越地震带隧道管道应力影响较大;而覆土段管道长度与倾角、覆土深度对管道影响较小。     

板状钢筋混凝土结构燃气爆炸荷载安全评估变分法分析

为快速评定民用建筑在燃气爆炸后的安全性,需要确定爆炸作用在结构上的荷载值。本文中通过变分法中的伽辽金法,从虚位移原理出发,推出燃气爆炸时的面荷载作用值与钢筋混凝土板的几何边界条件、最大挠度、抗弯刚度间的函数关系。结合建筑物爆炸后现场检测的板的最大挠度数据,反推该次燃气爆炸时混凝土板的伪静荷载值,该值在运用数字模拟燃气爆炸过程中管道侧壁面的上压强值范围内; 该数值与有限元精确解的误差约2%。再用该伪静荷载对结构进行静力分析,为快速评估结构安全提供参考。结合建筑物爆炸后的检测,对可能引起燃气爆炸的房间楼面提出了防止连续倒塌的构造措施。     

地震波作用下埋地管道截面应力偏移效应研究

PE管广泛应用于城镇燃气、水和浆体等输送领域，地震灾害下埋地管道易发生失效。为此，提出了一种地震波作用下埋地PE管-土耦合数值建模方法，研究PE管力学特性，探究管道内压、地震烈度、围土和覆土厚度等对其力学响应影响规律。结果表明，地震波作用下管道截面应力出现偏移效应，而非0°,90°,180°和270°位置；内压作用下管壁应力增加；管道环向应力随着地震烈度增加而增大，且应力偏移效应更加显著。研究结果可为PE管道敷设和安全评价等提供理论依据。     

高桩码头不均匀沉降模型实验与数值模拟

以使用5年以上的高桩码头的大管桩为研究对象,采用模型实验的方法对大 管桩的不均匀沉降进行了系统研究. 首先通过量纲分析,确定模型实验的各个物理量和相关 参数,以及模型材料(PVC管)等; 然后利用电测技术,经过大量实验,获得大管桩的不均 匀沉降量和变化规律; 同时,利用数值模拟,分析了大管桩不均匀沉降变化规律,验 证了模型实验结果的可靠性, 说明了利用数值模拟方法分析大管桩不均匀沉降是可行的.     

Effect of local pipe bends on pump performance of a small air-lift system in transporting solid particles

The pump performance of a small air-lift system in transporting solid particles is investigated experimentally. Three types of riser pipe were used to examine the effect of local bends of riser pipes on the flow characteristics of a three-phase air–water–solid particles mixture. Two of them were locally S-shaped either below or above a gas injector. The other was vertically straight. Alumina particles of 3 or 5 mm diameter were used as solid particles. It is indicated that the pump performance is appreciably reduced when the pipe bend is above the gas injector. The critical condition under which solid particles are vertically lifted is discussed from a practical viewpoint. In addition, the particle motion in the region of a pipe bend is investigated by photographic observations.     

Experimental study of air–water flow in downward sloping pipes

This paper presents results from seven experimental facilities on the co-current flow of air and water in downward sloping pipes. As a function of the air flow rate, pipe diameter and pipe slope, the required water discharge to prevent air accumulation was determined. In case the water discharge was less than the required water discharge, the air accumulation and additional gas pocket head loss were measured. Results show that volumetric air discharge as small as 0.1% of the water discharge accumulate in a downward sloping section. The experimental data cover all four flow regimes of water-driven air transport: stratified, blow-back, plug and dispersed bubble flow. The analysis of the experimental results shows that different dimensionless numbers characterise certain flow regimes. The pipe Froude number determines the transition from blow-back to plug flow. The gas pocket head loss in the blow-back flow regime follows a pipe Weber number scaling. A numerical model for the prediction of the air discharge as a function of the relevant system parameters is proposed. The novelty of this paper is the presentation of experimental data and a numerical model that cover all flow regimes on air transport by flowing water in downward inclined pipes.     

金属连接导管振动疲劳极限测试方法研究

为确定滚压和焊接钛合金导管的振动疲劳极限寿命,采用HB5277-84规定的振动疲劳试验方法和失效准则。分别利用激光位移传感器和电阻应变片测定了试件的第一阶频率和规定加速度载荷激励下的试件悬臂端位移及试件根部的应变。试验发现：对于具有连接特性的试件在进行定频振动疲劳试验初期,试件第一阶响应频率快速下降,此时试件并未发生裸眼可见破坏和裂纹。为满足产品定寿要求,采用逐级增加试验载荷进行扫频振动试验,直至试件频率稳定以及根部应变和端部位移达到试验要求后,再进行正式定频振动疲劳试验,仍采用依据频率下降1%作为失效准则完成了所用规定试验。     

Investigation of the specific mass flow rate distribution in pipes supplied with a pulsating flow

A pulsating flow is typical of inlet and exhaust pipes of internal combustion engines and piston compressors. Unsteady flow phenomena are especially important in the case of turbocharged engines, because dynamic effects occurring in the exhaust pipe can affect turbine operation conditions and performance.One of the basic parameters describing the unsteady flow is a transient mass flow rate related to the instantaneous flow velocity, which is usually measured by means of hot-wire anemometers. For the flowing gas, it is more appropriate to analyze the specific mass flow rate φ_m = ρv, which takes into account also variations in the gas density. In order to minimize the volume occupied by measuring devices in the control section, special double-wire sensors for the specific mass flow rate (CTA) and temperature (CCT) measurement were applied. The article describes procedures of their calibration and measurement. Different forms of calibration curves are analyzed as well in order to match the approximation function to calibration points. Special attention is paid to dynamic phenomena related to the resonance occurring in a pipe for characteristic frequencies depending on the pipe length. One of these phenomena is a reverse flow, which makes it difficult to interpret properly the recorded CTA signal. Procedures of signal correction are described in detail. To verify the measurements, a flow field investigation was carried out by displacing probes radially and determining the profiles of the specific mass flow rate under the conditions of a steady and pulsating flow. The presence and general features of a reverse flow, which was identified experimentally, were confirmed by 1-D unsteady flow calculations.     

Dynamics of a cantilevered pipe discharging fluid,fitted with a stabilizing end-piece

In this communication, the dynamics of a flexible cantilevered pipe fitted with a special end-piece is considered, both theoretically and experimentally. This end-piece can be configured in two ways: (i) with the flow going straight through, unimpeded, and emerging at the free end as a jet, and (ii) with the straight-through path blocked, so that the flow is discharged radially from a number of holes perpendicular to the pipe. The dynamics in the first case is similar to that of a pipe with no end-piece: the system loses stability by flutter via a Hopf bifurcation, though the dynamics becomes more complex at higher flow velocities. The dynamics in the second case is entirely different: the system remains stable over the full range of flow velocities considered. This study provides insight into the mechanism of flutter of cantilevered pipes conveying fluid and the key role played by the mathematically obvious but physically counter-intuitive compressive follower force generated by the straight-through discharging jet.     

复杂载荷下双金属复合管的屈曲失效研究

本文采用有限元方法系统地研究了复杂载荷下双金属复合管的屈曲失效，三维有限元数值模型考虑了双金属复合管的准静态复合成型制造过程中产生的残余应力，分析了外基管直径、内衬管壁厚、内外管初始间隙、内衬管屈服强度、内压等因素对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明，加载路径、复合管的几何尺寸及内衬管的屈服强度对双金属复合管的屈曲性能均有较大影响，内充压力可以延迟内衬管的屈曲失效。     

厚壁管道周向超声导波缺陷检测研究

厚壁管道在特种承压设备领域中广泛使用,常规无损检测技术难以实现其快速有效地检测。本文采用数值模拟与实验相结合来研究周向导波快速检测厚壁管道的方法。首先,利用有限差分软件研究了不同角度激励下外径269mm、壁厚32mm的厚壁管道中周向导波的传播特性,优化了探头激励角度范围;然后分别制作了55°和45°的斜楔,并搭建了实验系统,研究了周向导波与厚壁管道壁厚方向不同位置缺陷的相互作用规律。研究结果表明,周向导波适用于厚壁管道快速检测。检测时需选择角度适中的探头。激发角度过小时,厚壁管中形成的周向导波模式较多,使得波包宽度较大,影响检测分辨率;而角度过大时,会使得盲区增大,导致靠近内壁区域缺陷漏检。本文的研究结论为厚壁管道缺陷周向导波的实际检测应用提供了指导。     

高饱和黏性土中爆炸波作用下直埋钢管（空管）动态响应

设计和实施了系列爆炸波作用下钢管的动态响应实验，获得了管道应变、振动速度和加速度及地表振动速度的时间历程。分析实验数据可知:在爆炸波近中场，峰值应变大小同管土相对刚度因数负相关，并随比例距离呈幂函数形式衰减，且在爆炸波不同分区衰减指数不同；地表峰值粒子速度、各管的峰值振动速度和测点峰值应变之间具有良好的线性关系。对各测试量做FFT (Fast Fourier Transformation)频谱分析得:振动信号主要集中在低频段，质心频率在10～60 Hz范围内，频谱同天然地震波谱有明显差异，动应变谱质心频率随药量增加亦呈幂函数形式衰减；考虑了爆腔因素以后，管道和地表振速频谱的质心频率和比例距离取对数后具有线性衰减关系。实验所得数据可应用于相似条件下管道的抗震计算，一些结论可作为深入研究爆炸波作用下埋地管道冲击振动机理的依据。